數值控制工具機之基本概念 by:網路
2-1 數值控制工具機的構造
（一）數控系統：此為數控工具機之核心，由讀帶機或標準介面、鍵盤輸入程式，可記憶在磁泡記憶體（bubble memory）在經CPU（Central Processing Unit）的判斷運算比較，由此系統發出命令驅動伺服馬達做旋轉來帶動機構系統，並能接收量度系統的信號來比較做修正。
（二）伺服系統：此系統為接受數控系統的命令來做放大及驅動，其包括伺服馬達、伺服放大器、液壓驅動器……等。
（三）機構系統：為工具機之主體，如基價、基座、主軸、軸承、齒輪係、滾珠導螺桿、儲刀倉、工作臺、刀具交換器……等。此機構由伺服系統來驅動。
（四）量度系統：又稱回饋系統（feedback system），主要為量測刀具或床台之移動了多少距離，提供給數控系統作為判斷比較預期移動距離是否執行完畢，若還沒有執行完畢則再繼續移動，其組件如光學尺（optical scale）、迴轉式脈衝產生器（rotary pulse generator）線性脈衝產生器（linear pulse generator）……等。
數值控制工具構造大致分成上述四大部分，其構造元件如下所述：一、伺服馬達
伺服馬達（Serno motor）之功用為接受控制系統程式指令而旋轉，帶動導螺趕在帶動刀塔或床台到指定位置；伺服（Servo）一詞係源至拉丁與Servus（奴隸）之字，與英文Slave同意，具有遵照命令行事之意義，所以數控工具機能準確的切削都由伺服馬達來驅動，伺服馬達可分為下列三種。
（一） 直流伺服馬達（D.C. servo mortor）
數值機械最常用的馬達是永磁型（permanent magnet）直流伺服馬達，其定予磁場由永久磁鐵所構成，因此磁通是固定的，不需額外的電源供應；碳刷接直流電源固定不動，整梳子為兩個半圓形之金屬環，與迴轉子之旋線兩端連接一起旋轉，直流電源經由右方的電刷、整流子至迴轉子A，在經由迴轉子B，左方整流子，碳刷而流出時，迴旋子A、B轉至與永久磁鐵磁場成垂直時，剛好碳刷接觸到整流子另一半圓，形成與永久磁鐵間為吸力作用，繼續做逆時針方向旋轉。如此週而復始，即可不停止的旋轉下去；由於控制系統經介面放出來的小信號，不足驅動大功率與扭力大的馬達，所以需由一驅動器（放大器）來驅動馬達，直流伺服達亦是如此。
直流伺服馬達之優點如下：
1. 加、減速容易控制，反應佳且高轉速下旋轉角度準確。
2. 速度易於控制且安定。
3. 可連續旋轉並能適應頻繁的加、減速。
4. 能輸出大扭力。
5. 可靠性高、壽命長、振動少、保養容易。
(二)脈衝馬達 (pulse motor)
此馬達又稱為步進馬達(stepping motor),代數控工具機較少使用，其馬達是接受程式指令所形成的脈衝而旋轉,達受到一個脈衝而旋轉一個單位角度；一個單位角度依各種不同馬達而不同,例如步進馬達一轉分為200個單位角度,即接受一個脈衝1.8° ,而脈衝馬達再接一組齒輪,齒輪比24/60,若導螺桿之螺距為5mm,則每一脈衝可使床台移動0.01mm 即 5mm×
×
＝0.01mm
脈衝馬達基本構造由外圈之定子(stator)與內圈之轉子(rotor)串聯而成,旋轉時由定子按相依順序產生磁場吸引轉子之磁極轉子旋轉,每一組轉子與定子之齒(相)都互相差一少許位置,依此類推,只要控制定子之磁場即可控制馬達之轉動。
(三)電氣一油壓脈衝馬達(electric hydraulic pulse motor)
電氣一油壓脈衝馬達,是由脈衝馬達及油壓伺服機構兩部份構成,一般使用在重型工具機之床台上進給,其可以由油壓馬達的輸出軸一面追蹤脈衝馬達的運動狀態,一面與脈衝馬達一樣地做步進式迴轉,此系統的油壓動作,比脈衝馬達的馬力大。
二、滾珠螺桿
滾珠螺桿在NC工具機中是接受伺服馬達的動力旋轉運動精確的傳遞為直線運動,在傳統的工具機螺桿是用梯形螺紋,但梯形螺紋有下列缺點:
(一) 螺紋與螺帽齒腹因摩擦阻力大,所以效率低,而NC工具機螺桿直徑大,所以須增加馬力。
(二) 因摩擦阻力大,所以易生熱變形,導致傳送之位移不準確。
(三) 梯形螺紋與螺帽因摩擦阻力大,而使用久了間隙增大,雖可用背隙消除器消除之,但會增加摩擦阻力再使馬力提高。
因上面原因,所以NC工具機之螺桿使用滾珠螺桿具有下列特性:
1. 具有較高的機械效率,可節約能源。一般梯形螺紋與螺帽組合,因滑動摩擦,其效率高達20﹪~30﹪,而滾珠螺桿組合係滾動摩擦,其效率高達90﹪左右
2. 精度佳:按使用目的的不同,滾珠螺桿可分為若干級,一般有精密級、一般級及傳動級。而各級之間亦訂定一定距離之變動量。如國內何豐公司將精密滾珠螺桿按每300mm之導程變動量細分為六級,各為3.5μm(0.0035mm)、5μm、8μ