1.2　数控机床基本工作原理

1.2.1　数控机床的工作原理

在数控机床上加工零件通常经过以下几个步骤。

①根据加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写程序单，并把它记录在载体上。

②把程序载体上的程序通过输入装置输入CNC单元中。

③CNC单元将输入的程序经过处理之后，向机床各个坐标的伺服系统发出信号。

④伺服系统根据CNC单元发出的信号，驱动机床的运动部件，并控制必要的辅助操作。

⑤通过机床机械部件带动刀具与工件的相对运动，加工出要求的工件。

⑥检测机床的运动，并通过反馈装置反馈给CNC单元，以减小加工误差。当然，对于开环数控机床来说是没有检测、反馈系统的。

1.2.2　数控系统的主要工作过程

数控系统的主要任务是进行刀具和工件之间相对运动的控制，图1-3初步描绘了数控系统的主要工作过程。

在接通电源后，微机数控装置和可编程控制器都将对数控系统各组成部分的工作状态进行检查和诊断，并设置初态。当数控系统具备了正常工作的条件时，可开始进行加工控制信息的输入。

工件在数控机床上的加工过程由数控加工程序来描述。按照管理形式的不同，编程工作可以在专门的编程场所进行，也可以在机床前进行。对于前一种情况，在加工准备阶段，利用专门的编程系统产生数控加工程序，并保存到控制介质上，再输入数控装置，或者采用通信方式直接传输到数控装置，操作员可按照需要，通过数控面板对读入的数控加工程序进行修改；对于后一种情况，操作员可直接利用数控装置本身的编辑器进行数控加工程序的编写和修改。

输入数控装置的加工程序是按工件坐标系来编程的，而机床刀具相对于工件是按机床坐标系运动的，同时加工所使用的刀具参数也各不相同，因此，在加工前，还要输入使用的刀具参数，以及工件编程原点相对于机床原点的坐标位置。

输入加工控制信息后，可选择一种加工方式（如手动方式，或自动方式中的单段方式和连续方式），启动加工运行，此时，数控装置在系统控制程序的作用下，对输入的加工控制信息进行预处理，即进行译码以及刀具半径补偿和刀具长度补偿计算，系统进行数控加工程序译码（或解释）时，将其区分成几何的、工艺的数据和开关功能。几何数据是刀具相对工件的运动路径数据，如有关坐标指定等，利用这些数据可加工出要求的工件几何形状；工艺数据是主轴转速和进给速度等功能，即F、S功能和部分G功能；开关功能是对机床电器的开关命令，例如主轴启/停、刀具选择和交换、冷却液的启/停、润滑液的启/停等辅助M功能指令等。

由于在编写数控加工程序时，一般不考虑刀具的实际几何数据，所以，数控装置根据工件几何数据和在加工前输入的实际刀具参数，要进行相应的刀具补偿计算，简称刀补计算。在数控系统中存在着多种坐标系，根据输入的实际工件原点，加工过程所采用的各种坐标系等几何信息，数控装置还要进行相应的坐标变换。

数控装置对加工控制信息预处理完毕后，开始逐段运行数控加工程序。要产生的运动轨迹在几何数据中由各曲线段起、终点及其连接方式（如直线和圆弧等）等主要几何数据给出，数控装置中的插补器能根据已知的几何数据计算出刀具一系列的加工点，并完成所谓的数据“密化”工作，即完成插补处理。插补后的位置信号与检测到的位置信号进行位置处理，处理后的信号控制伺服装置，由伺服装置驱动电动机运动，从而带动机床运动件运动。

由数控装置发出的开关命令在系统程序的控制下，在各加工程序段插补处理开始前或完成后，适时输出给机床控制器。在机床控制器中，开关命令和由机床反馈的回答信号一起被处理和转换为对机床开关设备的控制命令。在现代的数控系统中，大多数机床控制电路都用PLC中可靠的开关功能来实现。

在机床的运行过程中，数控系统要随时监视数控机床的工作状态，通过显示部件及时向操作者提供系统工作状态和故障情况。此外，数控系统还要对机床操作面板进行监控，因为机床操作面板的开关状态可以影响加工状态，需及时处理有关信号。