数控机床和数控车床的区别

1.2.2　数控机床的分类

数控机床的种类、型号繁多，其分类方法主要有以下几种：

1.按工艺用途分类

数控机床按其加工工艺方式可分为金属切削类数控机床、金属成型类数控机床、特种加工数控机床和其他类型数控机床。在金属切削类数控机床中，根据其自动化程度的高低，又可分为普通数控机床、加工中心和柔性制造单元（FMC）。

普通数控机床和传统的通用机床一样，有数控车床（如图1-3所示）、数控铣床（如图1-4所示）、数控钻床等，这类数控机床的工艺特点和相应的通用机床相似，但它们具有复杂形状零件的加工能力。

图1-3　数控车床及其加工的手柄零件

图1-4　五轴数控铣床及其加工的叶轮零件

加工中心机床常见的是镗铣类加工中心（如图1-5所示）和车削中心，它们是在相应的普通数控机床的基础上加装刀库和自动换刀装置而构成。其工艺特点是：工件经一次装夹后，数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地自动地对工件各加工面进行铣（车）、镗、钻等多工序加工。

图1-5　镗铣加工中心及其加工的箱体零件

柔性制造单元（如图1-6所示）是具有更高自动化程度的数控机床。它可以由加工中心加上搬运机器人等自动物料存储运输系统组成，有的还具有加工精度、切削状态和加工过程的自动监控功能，可实现24小时无人加工。

2.按控制运动轨迹分类

（1）点位控制数控机床

这类数控机床只控制运动部件从一点移动到另一点的准确定位，即只保证行程终点的坐标值。而对点到点之间的移动速度和运动轨迹没有严格要求，可以沿多个坐标同时移动，也可以沿各个坐标先后移动。在移动过程中，刀具也不进行切削加工。

采用点位控制的机床有数控钻床、数控冲床、数控坐标镗床和数控测量机等。用于加工带有坐标孔系的零件或测量坐标位置。为提高生产效率和保证定位精度，机床工作时一般先快速运动，当接近终点位置时，再降速缓慢趋近终点，从而减少运动部件因惯性过冲所引起的定位误差。

图1-6　柔性制造单元

（2）直线控制数控机床

这类数控机床不仅要控制点到点的准确定位，而且要控制两点之间移动的轨迹是一条直线，且在运动过程中，刀具按规定的进给速度进行切削。采用这类控制的机床有简易数控车床、数控镗铣床和数控磨床等。

（3）轮廓控制数控机床

这类机床又叫连续控制或多坐标联动数控机床。它能够对两个或两个以上的运动坐标轴的位移及速度进行连续相关的控制，使刀具和工件按规定的平面或空间轮廓轨迹进行相对运动，从而加工出合格的产品。这类机床的数控装置一般要求有直线和圆弧插补功能，有较高速度的数字运算和信息处理功能，以便加工出形状复杂的零件。目前，大多数数控机床，如数控车床、铣床、磨床、加工中心机床以及其他数控设备（如数控绘图机、测量机等）均具有轮廓控制功能。

3.按伺服控制方式分类

（1）开环控制数控机床

如图1-7所示，开环控制数控机床没有位置检测元件，伺服用驱动元件通常有功率步进电机或混合式步进电机。数控系统每发出一个指令脉冲，经驱动电路放大后，驱动电机旋转一个角度，再经传动机构带动工作台移动。这类机床控制的信息流是单向的，脉冲信号发出后，实际位移值不再返回，所以称开环控制，其精度主要取决于驱动元器件和步进电机的性能。

图1-7　开环控制系统框图

开环控制的优点是结构简单，调试和维修方便，成本较低；缺点是精度较低；进给速度也受步进电机工作频率的限制。一般适用于中、小型经济型数控机床，以及普通机床的数控化改造。近年来，随着高精度步进电机特别是混合式步进电机的应用，以及恒流斩波、PWM等技术及微步驱动、超微步驱动技术的发展，步进伺服的高频出力与低频振荡得到极大的改善，开环控制数控机床的精度和性能也大为提高。

（2）闭环控制数控机床

如图1-8所示，这类机床带有直线位置检测装置，可直接对工作台的实际位移量进行检测。加工过程中，将速度反馈信号送到速度控制电路，将工作台实际位移量反馈回位置比较电路，与数控装置发出的位移指令值进行比较，用比较后的误差信号作为控制量去控制工作台的运动，直到误差为零为止。常用的伺服驱动元件为直流或交流伺服电动机。

这种机床因为把工作台纳入了控制环，故称为闭环控制。闭环控制可以消除包括工作台传动链在内的传动误差，因而定位精度高、调节速度快。但由于机床工作台惯量大，对系统的稳定性会带来不利影响，使调试、维修困难，且控制系统复杂成本高，故一般对要求很高的数控机床才采用这种控制方式，如数控精密镗铣床等。

图1-8　闭环控制系统框图

（3）半闭环控制数控机床

如图1-9所示，这类机床与闭环控制机床的区别在于检测反馈信号不是来自安装在工作台上的直线位移测量元件，而是来自安装在电机轴或丝杆轴上的角位移测量元件。通过测量电机转角或丝杆转角推算出工作台的位移量，并将此值与指令值进行比较，用差值来进行控制。从图1-9中可以看出，由于工作台未包括在控制回路中，因而称为半闭环控制。这种控制方式由于排除了惯量很大的机床工作台部分，使整个系统的稳定性得以保证。目前已普遍将角位移检测元件与伺服电机做成一个部件，使系统结构简单，调试和维护也方便。

图1-9　半闭环控制系统框图

半闭环控制数控机床的性能介于开环和闭环控制数控机床之间。精度虽比闭环低，但调试和维护维修却比闭环方便得多，因而得到了广泛的应用。

4.按控制坐标轴数分类

根据控制系统所能控制的坐标轴数，数控机床可分为：两坐标（轴）数控机床、2.5坐标（轴）数控机床、三坐标（轴）数控机床以及多坐标（轴）数控机床。根据控制系统所能同时控制的坐标轴数，数控机床可分为：两坐标（轴）联动数控机床、三坐标（轴）联动数控机床以及多坐标（轴）联动数控机床。一般数控机床的联动轴数少于控制轴数。