数控机床的组成、分类与特点

1.数控机床组成

(1)数控装置　数控机床的核心，它的作用是接受输入装置传输来的加工信息，经过数控系统的逻辑电路或系统软件进行识别、运算、存储等处理后，输出相应的指令脉冲经过大功率放大驱动伺服系统，控制机床各部分有序运动。

(2)伺服系统　又称伺服驱动装置，它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，使工作台精确定位或按规定的轨迹做严格的相对运动，最后加工出符合要求的零件。

(3)反馈系统　检测反馈装置其要作用是检测机床的运动方向、速率、距离等参数，将物理量转变为电信号显示出来或传输给数控装置，使数控装置能校核机床的工作情况及实际位置与指令位置是否一致，并由数控装置发出指令，修正所产生的误差。

(4)机床本体　把伺服系统各种动作变为工作台的运动，包括主运动部件、进给运动部件、执行部件、基础部件。

(5)测量与反锁装置

2.数控机床的工作原理

首先要将被加工零件的图样及工艺信息数字化，用规定代码和程序格式编写加工程序，其次将所编程序指令输入机床的数控装置中，然后数控装置将程序(代码)进行译码、运算后，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，驱动机床各运动部件，控制所需要辅助运动，最后加工出适合零件。

3.数控机床的特点

数控机床是一种高效能的自动加工机床，与普通机床相比，数控机床具有以下一些特点:

(1)适应性强，适合加工单件或小批量复杂工件；

(2)加工精度高，产品质量稳定；

(3)生产效率高；

(4)减轻劳动强度，改善劳动条件；

(5)生产管理水平将得到提高。

任何事物都有两重性，数控机床也有以下两方面缺点。

(1)价格昂贵。由于数控机床装备有高性能的数控系统、伺服系统和非常复杂的辅助控制装置，数控机床的价格一般比普通机床高一倍以上，因而制约了数控机床的大量使用。

(2)对操作人员和维修人员的要求较高。数控机床操作人员不仅应具有一定的工艺知识，还应在数控机床的结构、工作原理及程序编制方面进行过专门的技术理论培训和操练，掌握操作和编程技能。数控机床维修人员应有较丰富的理论知识和精湛的维修技术，并掌握相应的机、电、液专业知识。

4.种类

(1)按运动方式分类

①点位控制数控系统:仅控制刀具从一点到另一点准确定位，无轨迹要求，在定位过程中不进行切削加工，如钻冲、冲床(数控)。

②直线控制数控机床:不仅具有准确定位功能，还要求刀具从一点到另一点按直线运动。切削加工这类机床有两到三个轴，但同时控制轴只一个，例数控磨床、铣床。

③轮廓控制数控机床:也叫连续控制或多坐标联动数控机床，能同时对两个或两个以上的坐标轴进行同时切削控制，例数控车床、加工中心。

(2)按控制方式分类

①开环控制数控机床

不具有检测反馈装置，通常用步进电机作为伺服系统的动力(如图11－1)。

图11－1　开环控制数控机床

②闭环伺服系统控制机床

具有检测反装置，进行检测包速度检测和位移检测，是一种实时状态检测。一般采用交流伺服电动机，多用于全功能数控机床中(如图11－2)。

图11－2　闭环伺服系统控制机床

③半闭环伺服系统控制机床(www.xing528.com)

介于开闭环之间，最大的特点是:与伺服电机和滚珠丝杠同轴安装了光电编码器，只是对数控装置、发送中的信号进行计数，而不能对于刀具实际的位移和速度进行检测，属于不完全检测，多采用交流伺服电动机。

(3)按联动轴数　可分为两坐标数控机床、三坐标数控机床、多坐标数控机床。

(4)按工艺分　分为普通数控机床和加工中心。

普通数控机床指在工艺过程中的一个工序上实现自动加工的自动化机床。

加工中心指带有刀库和自动换刀装置并且一次性加工可以完成多个工序的数控机床。

5.应用范围

数控加工的适应性:根据数控加工的优、缺点及国内外大量应用实践，一般可按适应程度将零件分为下列三类。

(1)最适应类

①加工或虽然能加工但很难保证产品质量的零件。

用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件。对于下述零件，首先应考虑能不能把它们加工出来，即要着重考虑可能性问题。只要有可能，可先不要过多地去考虑生产效率与经济上是否合理，应把对其进行数控加工作为优选方案。

②形状复杂，加工精度要求高，用通用机床无法达到要求。

具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件。

③必须在一次装夹中合并完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件。

(2)较适应类　这类零件在分析其可加工性以后，还要在提高生产率及经济效益方面做全面衡量，一般可把它们作为数控加工的主要选择对象。

①在通用机床上加工时极易受人为因素(如情绪波动、体力强弱、技术水平高低等)干扰，零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损失的零件。

②在通用机床上加工时必须制造复杂专用工装的零件。

③需要多次更改设计后才能定型的零件。

④在通用机床上加工需要做长时间调整的零件。

⑤用通用机床加工时，生产效率很低或体力劳动强度很大的零件。

(3)不适应类　数控机床的技术含量高、成本高，使用维修都有一定难度，若从最经济角度考虑，零件采用数控加工后，在生产效率与经济性方面一般无明显改善，还可能弄巧成拙或得不偿失，故此类零件一般不应作为数控加工的选择对象。

①装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。

②加工余量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件。

③生产批量大的零件(当然不排除其中个别工序用数控机床加工)。④必须用特定的工艺装备协调加工的零件。

6.数控加工工艺内容

①选择适合在数控上加工的零件，确定工序内容。

②分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制定数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。设计数控加工工序如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确定、走刀路线的确定等。

③调整数控加工工序的程序，如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿。④分配数控加工中的公差。

⑤处理数控机床上部分工艺指令。

7.数控编程

数控编程就是把待加工零件的全部工艺过程、工艺参数等加工信息以代码的形式记录在控制介质上，用控制介质上的信息来控制机床，自动实现零件的全部加工过程。数控编程分为手工编程和自动编程。对于几何形状不太复杂的零件用手工编程较经济省时。自动编程的实际含义是计算机辅助编程，图形交互式自动编程系统的信息处理过程是建立在CAD和CAM的基础上，适用于复杂型面的加工。其处理过程是几何造型→刀具路径的产生→后置处理。

8.数控机床的结构以及与普通车床区别

从总体上看，数控车床没有脱离普通车床的结构形式，它没有传统车床的进给箱和交换齿轮架，其主运动、进给运动的形式没变，而是改变了驱动的方式。X·Z轴两方向的运动是由伺服电机直接驱动滚珠丝杠运动同时带动刀架移动，形成纵横向切削运动，从而实现车床主运动。这也就是数控车床的传动原理。