数控机床的品种和分类

　　数控机床的品种规格繁多，分类方法不一。根据数控机床的功能、结构、组成不同，可从控制方式、伺服系统类型、功能水平、工艺方法几个方面进行分类，如表1-1所示。

表1-1 数控机床的分类

1．按运动控制方式分类

根据数控机床运动控制方式的不同，可将数控机床分成点位控制、直线控制和轮廓控制三种类型，如图1-4所示。

(a) 点位控制方式 (b) 直线控制方式(c) 轮廓控制方式

图1-4 数控系统的运动控制方式

（1）点位控制数控机床

一些孔加工数控机床，如数控钻床、数控冲床等，数控系统只控制刀具从一点到另一点的准确定位，从一个孔到另一个孔的移动轨迹则无严格要求。在机床移动部件的移动过程中，不进行切削加工。具有这种运动控制的机床称为点位控制数控机床。

（2）直线控制数控机床

直线控制数控机床不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45°角的方向进行直线移动和切削加工。目前具有这种运动控制的数控机床很少。

（3）轮廓控制数控机床

对一些数控机床，如数控铣床、加工中心等，要求能够对两个或两个以上运动坐标的位移和速度同时进行连续相关的控制，使刀具与工件间的相对运动符合工件加工轮廓要求。具有这种运动控制的机床称为轮廓控制数控机床。该类机床在加工过程中，每时每刻都对各坐标的位移和速度进行严格的不间断的控制。

对于轮廓控制数控机床，根据同时控制坐标轴的数目可分为两轴联动、两轴半联动、三轴联动、四轴和五轴联动。两轴联动同时控制两个坐标轴实现二维直线、圆弧、曲线的轨迹控制。两轴半联动除了控制两个坐标轴联动外，还同时控制第三坐标轴作周期性进给运动，可以实现简单曲面的轨迹控制。三轴联动同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴联动，实现曲面的轨迹控制。四轴或五轴联动除了控制X、Y、Z三个直线坐标轴外，还能同时控制一个或两个回转坐标轴，如工作台的旋转、刀具的摆动等，从而实现复杂曲面的轨迹控制。图1-5所示为2~5坐标联动加工示意图。

由于加工中心同时具有点位和轮廓控制功能，直线控制的数控机床又很少，因此按上述运动控制方式的分类方法在目前的数控机床之间很难给出明确的界限。

图1-5 2-5坐标加工示意图

2．按伺服系统类型分类

根据数控机床伺服驱动控制方式的不同，可将数控机床分成开环控制、闭环控制和半闭环控制三种类型，如图1-6所示。

(a) 开环控制

(b) 半闭环控制

(c) 闭环控制

图1-6 伺服系统控制方式

（1）开环控制数控机床

没有位移检测反馈装置的数控机床称为开环控制数控机床。数控装置发出的控制指令直接通过驱动装置控制步进电机的运转，然后通过机械传动系统转化成刀架或工作台的位移。开环控制数控机床结构简单，制造成本较低，价格便宜，在我国有广泛的应用。但是，由于这种控制系统没有检测反馈，无法通过反馈自动进行误差检测和校正，因此位移精度一般不高。

（2）闭环控制数控机床

闭环控制数控机床带有位置检测装置，而且检测装置安装在机床刀架或工作台等执行部件上，用以随时检测这些执行部件的实际位置。插补得到的指令位置值与反馈的实际位置值相比较，根据差值控制电机的转速，进行误差修正，直到位置误差消除为止。这种闭环控制方式可以消除由于机械传动部件误差给加工精度带来的影响，因此可得到很高的加工精度，但由于它将丝杠螺母副及工作台导轨副这些大惯量环节放在闭环之内，系统稳定性受到影响，调试困难，且结构复杂、价格昂贵。

（3）半闭环控制数控机床

半闭环控制数控机床也带有位置检测装置，它的检测装置安装在伺服电机上或丝杠的端部，通过检测伺服电机或丝杠的角位移间接计算出机床工作台等执行部件的实际位置值，然后与指令位置值进行比较，进行差值控制。这种机床的闭环控制环内不包括丝杠螺母副及机床工作台导轨副等大惯量环节，因此可以获得稳定的控制特性，而且调试比较方便，价格也较全闭环系统便宜。

3．按功能水平分类

按照数控系统的功能水平分，数控机床可以分为经济型、中挡型和高档型三种类型。这种分类方法目前并无明确的定义和确切的分类界限，不同国家分类的含义也不同，不同时期的含义也在不断发展变化。

（1）经济型数控机床

这类机床的伺服进给驱动一般是由步进电机实现的开环驱动，功能比较简单、价格比较低廉、精度中等，能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工。一般控制轴数在3轴以下，脉冲当量（分辨率）多为10mm，快速进给速度在10m／min以下。

（2）中档型数控机床

中档型数控机床也称标准型数控机床，采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动，能实现4轴或4轴以下联动控制，脉冲当量为1mm，进给速度为15~24m／min，一般采用16位或32位处理器，具有RS232C通信接口、DNC接口和内装PLC，具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能。

（3）高档型数控机床

高档型数控机床指加工复杂形状的多轴联动数控机床或加工中心，功能强、工序集中、自动化程度高、柔性高。一般采用32位以上微处理器，形成多CPU结构。采用数字化交流伺服电机形成闭环驱动，并开始使用直线伺服电机，具有主轴伺服功能，能实现5轴以上联动，脉冲当量（分辨率）为0.1~1mm，进给速度可达100m／min以上。具有宜人的图形用户界面，有三维动画功能，能进行加工仿真检验。同时还具有多功能智能监控系统和面向用户的宏程序功能，还有很强的智能诊断和智能工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且具有制造自动化协议（Manufacturing Automation Protocol，MAP）等高性能通信接口，能实现计算机联网和通信。

4．按工艺方法分类

按工艺方法分，数控机床可分为：金属切削数控机床、金属成形数控机床、特种加工数控机床。也可分成普通数控机床（指加工用途、加工工艺单一的机床）和加工中心（指带有自动换刀装置、能进行多工序加工的机床）。

（1）金属切削数控机床

金属切削数控机床和普通机床品种一样，有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、带有刀库和能实现多工序加工的铣镗加工中心和车削中心。铣镗加工中心主要完成铣、镗、钻、攻丝等工序的加工；车削中心以完成各种车削加工为主，也能完成铣平面、铣键槽及钻横孔等工序。

（2）金属成形数控机床

金属成形数控机床指使用挤、冲、压、拉等成形工艺的数控机床，如数控压力机、折弯机、弯管机、旋压机等。

（3）特种加工数控机床

特种加工数控机床主要指数控线切割机、电火花成形机、火焰切割机、激光加工机等。