數控設備

數控設備就是指應用這種技術的設備。數控技術也叫計算機數控技術（CNC，Compute Numerical Control），目前它是採用計算機實現數字程序控制的技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執行對設備的運動軌跡和外設的操作時序邏輯控制功能。由於採用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數控裝置，使輸入操作指令的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現，均可通過計算機軟件來完成，處理生成的微觀指令傳送給伺服驅動裝置驅動電機或液壓執行元件帶動設備運行。

為提高數控設備的使用壽命，一般要求要避免陽光的直接照射和其他熱輻射，要避免太潮濕、粉塵過多或有腐蝕氣體的場所。精密數控設備要遠離振動大的設備，如衝牀、鍛壓設備等。

為了避免電源波動幅度大（大於±10%）和可能的瞬間干擾信號等影響，數控設備一般採用專線供電（如從低壓配電室分一路單獨供數控機牀使用）或增設穩壓裝置等，都可減少供電質量的影響和電氣干擾。

在數控機牀的使用與管理方面，應制定一系列切合實際、行之有效的操作規程。例如潤滑、保養、合理使用及規範的交接班制度等，是數控設備使用及管理的主要內容。制定和遵守操作規程是保證數控機牀安全運行的重要措施之一。實踐證明，眾多故障都可由遵守操作規程而減少。

購買數控機牀以後要充分利用，尤其是投入使用的第一年，使其容易出故障的薄弱環節儘早暴露，得以在保修期內得以排除。加工中，儘量減少數控機牀主軸的啓閉，以降低對離合器、齒輪等器件的磨損。沒有加工任務時，數控機牀也要定期通電，最好是每週通電1～2次，每次空運行1小時左右，以利用機牀本身的發熱量來降低機內的濕度，使電子元件不致受潮，同時也能及時發現有無電池電量不足報警，以防止系統設定參數的丟失。

1．金屬切削類數控機牀

與傳統的車、銑、鑽、磨、齒輪加工相對應的數控機牀有數控車牀、數控銑牀、數控鑽牀、數控磨牀、數控齒輪加工機牀等。儘管這些數控機牀在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機牀的動作和運動都是數字化控制的，具有較高的生產率和自動化程度。

在普通數控機牀加裝一個刀庫和換刀裝置就成為數控加工中心機牀。加工中心機牀進一步提高了普通數控機牀的自動化程度和生產效率。例如銑、鏜、鑽加工中心，它是在數控銑牀基礎上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀裝置形成的，工件一次裝夾後，可以對箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進行銑、鏜、鑽、擴、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機牀可以有效地避免由於工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機牀的台數和佔地面積，縮短了輔助時間，大大提高了生產效率和加工質量。

2．特種加工類數控機牀

除了切削加工數控機牀以外，數控技術也大量用於數控電火花線切割機牀、數控電火花成型機牀、數控等離子弧切割機牀、數控火焰切割機牀以及數控激光加工機牀等。

3．板材加工類數控機牀

常見的應用於金屬板材加工的數控機牀有數控壓力機、數控剪板機和數控折彎機等。

近年來，其它機械設備中也大量採用了數控技術，如數控多座標測量機、自動繪圖機及工業機器人等。

1．點位控制數控機牀

點位控制數控機牀的特點是機牀移動部件只能實現由一個位置到另一個位置的精確定位，在移動和定位過程中不進行任何加工。機牀數控系統只控制行程終點的座標值，不控制點與點之間的運動軌跡，因此幾個座標軸之間的運動無任何聯繫。可以幾個座標同時向目標點運動，也可以各個座標單獨依次運動。

這類數控機牀主要有數控座標鏜牀、數控鑽牀、數控衝牀、數控點焊機等。點位控制數控機牀的數控裝置稱為點位數控裝置。

2．直線控制數控機牀

直線控制數控機牀可控制刀具或工作台以適當的進給速度，沿着平行於座標軸的方向進行直線移動和切削加工，進給速度根據切削條件可在一定範圍內變化。

直線控制的簡易數控車牀，只有兩個座標軸，可加工階梯軸。直線控制的數控銑牀，有三個座標軸，可用於平面的銑削加工。現代組合機牀採用數控進給伺服系統，驅動動力頭帶有多軸箱的軸向進給進行鑽鏜加工，它也可算是一種直線控制數控機牀。

數控鏜銑牀、加工中心等機牀，它的各個座標方向的進給運動的速度能在一定範圍內進行調整，兼有點位和直線控制加工的功能，這類機牀應該稱為點位/直線控制的數控機牀。

3．輪廓控制數控機牀

輪廓控制數控機牀能夠對兩個或兩個以上運動的位移及速度進行連續相關的控制，使合成的平面或空間的運動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機牀移動部件的起點與終點座標，而且能控制整個加工輪廓每一點的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。

常用的數控車牀、數控銑牀、數控磨牀就是典型的輪廓控制數控機牀。數控火焰切割機、電火花加工機牀以及數控繪圖機等也採用了輪廓控制系統。輪廓控制系統的結構要比點位/直線控系統更為複雜，在加工過程中需要不斷進行插補運算，然後進行相應的速度與位移控制。

現在計算機數控裝置的控制功能均由軟件實現，增加輪廓控制功能不會帶來成本的增加。因此，除少數專用控制系統外，現代計算機數控裝置都具有輪廓控制功能。

1．開環控制數控機牀

這類控制的數控機牀是其控制系統沒有位置檢測元件，伺服驅動部件通常為反應式步進電動機或混合式伺服步進電動機。數控系統每發出一個進給指令，經驅動電路功率放大後，驅動步進電機旋轉一個角度，再經過齒輪減速裝置帶動絲槓旋轉，通過絲槓螺母機構轉換為移動部件的直線位移。移動部件的移動速度與位移量是由輸入脈衝的頻率與脈衝數所決定的。此類數控機牀的信息流是單向的，即進給脈衝發出去後，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環控制數控機牀。

開環控制系統的數控機牀結構簡單，成本較低。但是，系統對移動部件的實際位移量不進行監測，也不能進行誤差校正。因此，步進電動機的失步、步距角誤差、齒輪與絲槓等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環控制系統僅適用於加工精度要求不很高的中小型數控機牀，特別是簡易經濟型數控機牀。

2．閉環控制數控機牀

閉環控制數控機牀是在機牀移動部件上直接安裝直線位移檢測裝置，直接對工作台的實際位移進行檢測，將測量的實際位移值反饋到數控裝置中，與輸入的指令位移值進行比較，用差值對機牀進行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運動，最終實現移動部件的精確運動和定位。從理論上講，閉環系統的運動精度主要取決於檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關，因此其控制精度高。圖1-3所示的為閉環控制數控機牀的系統框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當位移指令值發送到位置比較電路時，若工作台沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動機轉動，通過A將速度反饋信號送到速度控制電路，通過C將工作台實際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較後得到的差值進行位置控制，直至差值為零時為止。這類控制的數控機牀，因把機牀工作台納入了控制環節，故稱為閉環控制數控機牀。

閉環控制數控機牀的定位精度高，但調試和維修都較困難，系統複雜，成本高。

3．半閉環控制數控機牀

半閉環控制數控機牀是在伺服電動機的軸或數控機牀的傳動絲槓上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲槓的轉角間接地檢測移動部件的實際位移，然後反饋到數控裝置中去，並對誤差進行修正。通過測速元件A和光電編碼盤B可間接檢測出伺服電動機的轉速，從而推算出工作台的實際位移量，將此值與指令值進行比較，用差值來實現控制。由於工作台沒有包括在控制迴路中，因而稱為半閉環控制數控機牀。

半閉環控制數控系統的調試比較方便，並且具有很好的穩定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機設計成一體，這樣，使結構更加緊湊。

4．混合控制數控機牀

將以上三類數控機牀的特點結合起來，就形成了混合控制數控機牀。混合控制數控機牀特別適用於大型或重型數控機牀，因為大型或重型數控機牀需要較高的進給速度與相當高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大，如果只採用全閉環控制，機牀傳動鏈和工作台全部置於控制閉環中，閉環調試比較複雜。混合控制系統又分為兩種形式：

（1）開環補償型。它的基本控制選用步進電動機的開環伺服機構，另外附加一個校正電路。用裝在工作台的直線位移測量元件的反饋信號校正機械系統的誤差。

（2）半閉環補償型。它是用半閉環控制方式取得高精度控制，再用裝在工作台上的直線位移測量元件實現全閉環修正，以獲得高速度與高精度的統一。其中A是速度測量元件（如測速發電機），B是角度測量元件，C是直線位移測量元件。