1.2　數控機床基本工作原理

1.2.1　數控機床的工作原理

在數控機床上加工零件通常經過以下幾個步驟。

①根據加工零件的圖樣與工藝方案，用規定的代碼和程序格式編寫程序單，并把它記錄在載體上。

②把程序載體上的程序通過輸入裝置輸入CNC單元中。

③CNC單元將輸入的程序經過處理之后，向機床各個坐標的伺服系統發出信號。

④伺服系統根據CNC單元發出的信號，驅動機床的運動部件，并控制必要的輔助操作。

⑤通過機床機械部件帶動刀具與工件的相對運動，加工出要求的工件。

⑥檢測機床的運動，并通過反饋裝置反饋給CNC單元，以減小加工誤差。當然，對于開環數控機床來說是沒有檢測、反饋系統的。

1.2.2　數控系統的主要工作過程

數控系統的主要任務是進行刀具和工件之間相對運動的控制，圖1-3初步描繪了數控系統的主要工作過程。

在接通電源后，微機數控裝置和可編程控制器都將對數控系統各組成部分的工作狀態進行檢查和診斷，并設置初態。當數控系統具備了正常工作的條件時，可開始進行加工控制信息的輸入。

工件在數控機床上的加工過程由數控加工程序來描述。按照管理形式的不同，編程工作可以在專門的編程場所進行，也可以在機床前進行。對于前一種情況，在加工準備階段，利用專門的編程系統產生數控加工程序，并保存到控制介質上，再輸入數控裝置，或者采用通信方式直接傳輸到數控裝置，操作員可按照需要，通過數控面板對讀入的數控加工程序進行修改；對于后一種情況，操作員可直接利用數控裝置本身的編輯器進行數控加工程序的編寫和修改。

輸入數控裝置的加工程序是按工件坐標系來編程的，而機床刀具相對于工件是按機床坐標系運動的，同時加工所使用的刀具參數也各不相同，因此，在加工前，還要輸入使用的刀具參數，以及工件編程原點相對于機床原點的坐標位置。

輸入加工控制信息后，可選擇一種加工方式（如手動方式，或自動方式中的單段方式和連續方式），啟動加工運行，此時，數控裝置在系統控制程序的作用下，對輸入的加工控制信息進行預處理，即進行譯碼以及刀具半徑補償和刀具長度補償計算，系統進行數控加工程序譯碼（或解釋）時，將其區分成幾何的、工藝的數據和開關功能。幾何數據是刀具相對工件的運動路徑數據，如有關坐標指定等，利用這些數據可加工出要求的工件幾何形狀；工藝數據是主軸轉速和進給速度等功能，即F、S功能和部分G功能；開關功能是對機床電器的開關命令，例如主軸啟/停、刀具選擇和交換、冷卻液的啟/停、潤滑液的啟/停等輔助M功能指令等。

由于在編寫數控加工程序時，一般不考慮刀具的實際幾何數據，所以，數控裝置根據工件幾何數據和在加工前輸入的實際刀具參數，要進行相應的刀具補償計算，簡稱刀補計算。在數控系統中存在著多種坐標系，根據輸入的實際工件原點，加工過程所采用的各種坐標系等幾何信息，數控裝置還要進行相應的坐標變換。

數控裝置對加工控制信息預處理完畢后，開始逐段運行數控加工程序。要產生的運動軌跡在幾何數據中由各曲線段起、終點及其連接方式（如直線和圓弧等）等主要幾何數據給出，數控裝置中的插補器能根據已知的幾何數據計算出刀具一系列的加工點，并完成所謂的數據“密化”工作，即完成插補處理。插補后的位置信號與檢測到的位置信號進行位置處理，處理后的信號控制伺服裝置，由伺服裝置驅動電動機運動，從而帶動機床運動件運動。

由數控裝置發出的開關命令在系統程序的控制下，在各加工程序段插補處理開始前或完成后，適時輸出給機床控制器。在機床控制器中，開關命令和由機床反饋的回答信號一起被處理和轉換為對機床開關設備的控制命令。在現代的數控系統中，大多數機床控制電路都用PLC中可靠的開關功能來實現。

在機床的運行過程中，數控系統要隨時監視數控機床的工作狀態，通過顯示部件及時向操作者提供系統工作狀態和故障情況。此外，數控系統還要對機床操作面板進行監控，因為機床操作面板的開關狀態可以影響加工狀態，需及時處理有關信號。