数控机床自动化加工

目前，数控机床品种齐全，规格繁多，为了便于了解和研究，可从不同角度和按照多种原则进行分类。

1．按工艺用途分类

1）切削加工类数控机床

主要有数控车床（NC Lathe）、数控铣床（NC Milling Machine）、数控钻床（NC Drilling Machine）、数控镗床（NC Boring Machine）、数控平面磨床（NC Surface Grinding Machine）和加工中心（Machine Center）等。如图1－6（a）（b）（c）（d）所示。

2）成型加工类数控机床

主要有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床、数控转头压力机等。如图1－7（a）（b）所示。

3）特种加工类数控机床

主要有数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控激光切割机床、数控激光热处理机床、数控激光板料成型机床、数控等离子切割机等。如图1－8（a）（b）（c）所示。

图1－6 切削加工类数控机床

（a）数控车床；（b）数控铣床；（c）加工中心；（d）数控钻床

图1－7 成型加工类数控机床

（a）数控折弯机；（b）数控弯管机

4）其他类型数控机床

主要有数控三坐标测量机、数控装配机、机器人等。如图1－9（a）（b）所示。

2．按机床运动轨迹分类

1）点位控制数控机床

点位控制数控机床的特点是只控制运动部件从一个位置到另一个位置的准确定位，不管中间的移动轨迹如何，在移动的过程中不进行切削加工，对两点之间的移动速度及运动轨迹没有严格要求。这类机床主要有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等。

图1－8 特种加工类数控机床

（a）数控电火花线切割机床；（b）数控电火花成型机床；（c）数控激光切割机床

图1－9 其他类型数控机床

（a）数控三坐标测量机；（b）机器人

2）直线控制数控机床

直线控制数控机床除了具有控制点与点之间的准确定位功能，还要保证两点之间按直线运动进行切削加工，刀具相对于工件移动的轨迹是平行机床各坐标轴的直线或两轴同时移动构成45°的斜线。这类机床主要有简易的数控车床、数控镗铣床、数控磨床等。

3）轮廓控制数控机床

轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上的坐标轴进行连续相关的控制，不仅能控制机床移动部件的起点和终点坐标，而且还要控制整个加工过程中每一点的速度和位移，也即控制刀具移动的轨迹，以加工出任意斜线、圆弧、抛物线及其他函数关系的曲线或曲面。这类数控机床主要有数控车床、数控铣床、数控电火花线切割机床和加工中心等。

3．按伺服系统控制方式分类

1）开环控制数控机床

开环控制数控机床的特点是不带测量反馈装置，数控装置发出的指令信号单方向传递，故系统稳定性好。无位置反馈，所以精度不高，其精度主要取决于伺服驱动系统的性能。

开环控制数控机床的工作原理如图1－10所示。

图1－10 开环控制数控机床工作原理框图

开环控制数控机床一般由步进电机作为伺服执行元件。具有运行平稳、调试方便、维修简单、成本低廉等优点。在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。但由于步进电机的低频共振、失步等原因，使其应用逐渐减少。在我国，经济型数控机床一般都采用开环控制。

2）闭环控制数控机床

闭环控制数控机床工作原理如图1－11所示，它是采样点从机床的运动部件上直接引出，通过采样工作台运动部件的实际位置，即对实际位置进行检测，可以消除整个传动环节的误差和间隙，因而具有很高的位置控制精度。

图1－11 闭环控制数控机床工作原理框图

但是由于位置环内的许多机械环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，造成调试困难。这类系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床和螺纹车床等。

3）半闭环控制数控机床

半闭环控制数控机床工作原理如图1－12所示，它是从伺服电机或丝杠的端部引出，通过检测电机和丝杠旋转角度来间接检测工作台的实际位置或位移。

图1－12 半闭环控制数控机床工作原理框图

半闭环控制系统精度较闭环控制差，但稳定性好、成本较低，调试维修较容易、兼顾了开环控制和闭环控制两者的特点，因此在现代CNC机床中得到了广泛的应用。