内容

（1）数控机床的组成 

数字程序控制机床，简称数控机床，是按加工要求预先编制的程序，由计算机数字控制系统发出数字信息指令来控制机床各个执行件，使之按顺序和要求加工出所需工件的自动化机床。它综合应用了计算机技术、自动控制、精密测量和机床结构设计等方面的最新成就。 

数控机床一般由程序编制、数控装置、伺服机构和机床四部分组成。

图2-33给出了数控机床的基本组成及其加工零件的步骤。

程序编制就是根据加工图纸及所需的全部加工信息，编制数控装置能够接受的程序。程序编制虽然不是数控机床的一个具体部件，但其重要性远远超出了一个部件的作用。尤其对于复杂零件加工，程序编制往往成为能否有效使用数控机床的关键。零件数控加工程序的编制一般需要专门的技术人员完成。对于复杂的零件加工程序的编制，有时会花费较长的时间，从而不能充分发挥数控机床高效率的优势。近年来随着CAD/CAM（计算机辅助设计/制造）技术的发展，数控加工自动编程技术得到了较大的发展。数控加工自动编程系统利用CAD设计的图纸提供的零件几何参数信息和CAPP（计算机辅助工艺规程）设计提供的零件加工工艺规程，可以自动、快捷、准确地完成零件数控加工程序的编制，从而大大节省产品的生产周期，减轻编程技术人员的劳动强度。 

数控装置是数控机床的运算和控制系统，它阅读输入程序中的数据指令，进行运算，然后将程序控制和功能控制的指令经过伺服机构传给执行部件。 

伺服机构是数控装置的执行器官，即数控机床的进给驱动系统。伺服机构的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床相应部件的机械运动，使机床按照规定的速度和位移量有序地工作，自动地加工出所需的零件。 

采用数字控制的机床在基本组成上与一般普通机床一样，也是由主运动系统、进给运动系统和支承件等几个主要部件组成。但由于采用了数控装置及其控制下的伺服进给系统或机构，使得数控机床在结构上与普通机床有许多不同之处。 

（2）数控机床的特点与应用 

数控机床有如下特点 

1）适应性强  在数控机床上改变加工对象时，除装卸工件、更换刀具外，只需重新编制工件的加工程序，可以很快地从加工一种工件改变为另一种工件。特别是可以加工一般机床难于加工或无法加工的外形复杂的工件。 

2）加工精度高  数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的，目前数控装置的脉冲当量已达到0.001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，同时数控机床的自动加工方式避免了人为偶然误差，同一批工件的尺寸一致性好，加工精度高而且稳定。   

3）生产率高  每一道工序的完成都能选用最有利的切削用量，良好的结构刚性允许强力切削，有效地节省了机动时间。移动部件的快移和定位均采用了加速和减速措施，因而快进、快退和定位时间短。更换工件几乎不需要重新调整机床，而工件又都安装在简单的定位夹紧装置中，用于停机安装调整的时间少。由于加工精度稳定，经加工程序校验及刀具完好的情况下，一般只作首件检验或工序间关键尺寸的抽样检验，减少停机检验的时间，因此数控机床的生产率比一般机床高得多。使用带有刀库和自动换刀装置的数控加工中心时，在一台机床上实现了多道工序的连续加工，减少了半成品的周转时间，生产效益的提高更为明显。    

4）劳动强度小  数控机床加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作键盘、装卸工件、关键工序的中间测量及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的手工操作，劳动强度与紧张程度均大为减轻。   

5）经济效益好  节省加工前的划线、机床调整、加工和检验时间，减少了直接生产费用。由于不需要制作模型、凸轮、钻模板及其他工夹具，节省了工艺装备费用。还由于加工精度稳定，废品率减少，可使生产成本进一步下降。 

数控机床使用数字信息与标准代码输入，最适于与数字计算机联系。目前已成为计算机辅助设计、制造(CAD／CAM)及管理一体化的基础。 

数控机床最适合加工多品种小批量生产的工件，合理生产批量在10—100件之间，以及外形比较复杂的工件，需要频繁改型的工件，价格昂贵、不允许报废的工件和需要生产周期短的急需工件。 

推广数控机床的最大障碍是设备的初始投资大。由于系统本身的复杂性，又增加了维修费用。如果缺少完善的售后服务，不能及时排除设备故障，会影响机床的利用率，增加综合生产成本。 

数控机床存在的另一个问题是程序编制。当数控机床数量不多，工件形状又不复杂的情况下，可以用手工或计算机辅助编程，制作控制介质。手工编程不仅速度慢，而且容易出错。当数控机床增多，工件数量多而且复杂时，尤其是三坐标或更复杂的曲面加工，手工编制程序就会更加困难，因此必须使用自动编程系统，这需要配备专门的程序设计人员，并对程序进行校核与试切削验证。这些措施将会增加生产费用。因此，选用数控机床之前，需要进行分析论证，以发挥数控机床最好的经济效益。但是近年来，随着计算机技术的不断发展，机床数控自动编程系统日趋完善，已逐步开始代替手工编程；仿真技术的应用也使数控机床的试切削验证变得容易和经济。这些技术上的不断进步，对于推广、应用数控机床起到了积极的推动作用。 

（3）数控机床分类 

1）按工艺用途分类有普通数控机床和加工中心两类。 

普通的数控机床(NC)包括：数控钻床、车床、铣床、镗床、磨床与齿轮加工机床等。除切削加工用数控机床外，数控技术还用于压力机、冲床、弯管机、电火花加工机床等金属成型机床和特种加工机床上。 

加工中心(MC)是具有刀库、能自动更换刀具、对一次装夹的工件进行多工序加工的数控机床，或称自动换刀数控机床。以铣削加工中心为例，它在数控铣床上增加了一个容量较大的刀库(一般为16-120把刀)和自动换刀装置，工件在一次装夹后，可以对许多加工面进行铣、镗、扩、铰及攻丝等多工序加工。加工中心大多以镗铣为主，主要用于加工箱体或棱形工件。车削加工中心则几乎可以完成回转体工件的全部加工工序。加工中心可以有效地避免由于多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，大大提高了生产率和加工自动化程度。 

2）按运动方式分类有点位控制系统、点位直线控制系统和轮廓控制系统（见图2-34）。 

点位控制系统的机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确移动，在移动和定位过程中不进行任何加工，移动部件的运动路线并不影响加工的孔距精度；数控装置只需控制行程终点的坐标值，而不控制点与点之间的运动轨迹。因此几个坐标轴之间的运动不需要有任何联系。为了尽可能地减少移动部件的运动和定位时间，通常先快速移动到接近终点坐标，然后再以低速准确移动到定位点，以保证良好的定位精度。这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机及数控弯管机等。 

点位直线控制系统的机床移动部件不仅要实现由一个位置到另一个位置的精确移动，而且能够实现平行于坐标轴的直线切削加工运动。在数控镗床上使用点位直线控制系统，扩大了镗床的加工范围，能够在一次安装中对箱体的平面和台阶进行铣削，然后再进行钻孔、镗孔，这样可有效地提高加工精度和生产率。由于它只能进行单坐标切削进给运动，因此不能加工较复杂的平面和轮廓。 

轮廓控制系统，也称为连续控制系统，能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制，不仅能够控制机床移动部件的起点和终点坐标，而且能控制整个加工过程每一点的速度和位移量。也就是说，要控制移动轨迹，将工件加工成一定的轮廓形状。这种系统要比点位控制系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位置控制。数控铣床、数控车床和数控磨床是典型的轮廓控制数控机床。它们代替了所有类型的仿形加工机床，提高了加工精度和生产率。

3）按有无检测装置分类有开环系统和闭环系统两种，根据测量装置安装位置和反馈信息又可将闭环系统分为全闭环和半闭环两种。 

开环控制系统没有检测反馈装置（见图2-35a），其数控装置发信号的流向是单向的，对移动部件如工作台的实际位置不作检测。通常使用功率型步进电动机或电液脉冲马达作为执行元件。数控装置输出的脉冲通过环形分配器和驱动电路，不断改变供电状态，使步进电动机转过相应的步距角，再经过减速齿轮或直联传动丝杠旋转，最后转换为移动部件的直线位移。移动部件的速度和位移量由输入脉冲的频率和脉冲个数所决定。开环控制系统具有结构简单、调试维修方便和成本较低等优点，但控制精度差，目前主要应用于经济型数控机床上。 

（a）开环控制系统

（b）半开环控制系统

（c）全闭环控制系统

图 按有无检测装置分类的三种数控机床系统框图

半闭环控制系统对工作台的实际位置不进行检测，而是通过与伺服电动机有联系的测量元件，如测速发电机A和光电编码器B(或旋转变压器)等检测出伺服电动机的转角，推算出工作台的实际位移量，用此值与指令值进行比较，用差值来实现位置控制。由于工作台没有包括在控制回路中，因而称之为半闭环控制系统。这种控制系统结构比较简单，精度介于开环与闭环之间，因此配有精密滚珠丝杠和减速齿轮副的半闭环控。

1.数控机床特点？

2.数控机床的组成？

3.数控机床的分类？