1.2 数控机床的分类与特点

1.2.1 数控机床的分类

数控机床的种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，通常有以下几种不同的分类方法。

1．按工艺用途分类（机床类型）

（1）切削加工类

通过从工件上除去一部分材料才能得到所需零件的数控机床。

按传统的加工工艺方法来分，有数控车床、数控钻床、数控镗床、数控铣床、数控磨床、数控齿轮加工机床等，其中，现代数控铣床基本上都兼有钻镗加工功能。当某数控机床带有刀库和自动换刀装置时，可称之为“加工中心”。

（2）成型加工类

通过物理的方法改变工件形状才能得到所需零件的数控机床，如数控折弯机等。

（3）特种加工类

利用特种加工技术（电火花、激光技术等）得到所需零件的数控机床。

（4）其他类型

非加工设备采用数控技术，如自动装配机、多坐标测量机、自动绘图机和工业机器人等。

2．按数控装置所能实现的控制功能（控制路线）分类

（1）点位控制数控机床

点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需控制，即刀具从一点移动到另一点时，对运动的速度和轨迹没有严格的要求。如图1-3所示，刀具从A点到B点可以走①、②或③中的任意一条路经。采用这类控制的有数控钻床、数控冲床、数控镗床、数控坐标镗床、数控焊机和三坐标测量机等。

（2）直线控制数控机床

直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行平行于坐标轴的直线切削。加工示例如图1-4所示。这种形式的典型机床有车阶梯轴的数控车床、平面铣削用的数控铣床等。

（3）轮廓控制数控机床

这类数控机床具有控制几个坐标轴同时协调运动，即多坐标轴联动的能力，使刀具相对于工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的功能。加工示例如图1-5 所示。可实现联动加工是这类数控机床的本质特征。这类数控机床有数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面形状零件的数控机床。现代的数控机床基本上都是这种类型。

多个坐标轴按照一定的函数关系同时协调运动，称为多轴联动。按照联动轴数，可分为二轴联动、二轴半联动、三轴联动（如图1-6所示）和多轴联动数控机床（如图1-7所示）。

3．按进给伺服系统类型分类

按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置，可分为开环数控机床和闭环数控机床，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为半闭环和全闭环两种。

（1）开环控制数控机床

这类数控机床的运动部件没有位置检测反馈装置，采用步进电动机驱动，如图1-8所示。开环控制一般用于经济型数控机床和旧机床的数控化改造。

（2）半闭环控制数控机床

指在伺服电动机轴上或丝杠轴端装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机或丝杠轴端的转角间接地检测出运动部件的位移，反馈给数控装置的比较器，与输入的指令进行比较，用差值控制运动部件，如图1-9所示。

（3）全闭环控制数控机床

指在机床最终运动部件的相应位置直接安装有位置测量反馈装置，将直接测量到的位移值反馈到数控装置的比较器中与输入指令移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动，如图1-10所示。

4．按功能水平分类

按照功能水平，可以将数控机床分为低（经济型）、中、高三档。这种分类方法的界线是相对的，不同时期的划分标准会有所不同。就目前的发展水平来看，不同档次数控机床的功能和指标见表1-1。

1.2.2 数控机床加工的特点

数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用，是因为它具有如下特点。

1．对加工对象的适应性强

数控机床是按照被加工零件的数控程序来进行自动加工的，当改变加工零件时，只要改变数控程序，不必更换凸轮、靠模、样板或钻镗模等专用工艺装备。因此，生产准备周期短，有利于机械产品的更新换代。

2．生产效率高

数控机床的加工效率一般比普通机床高3～4倍。一方面是因为其自动化程度高，具有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功能，而且工序集中，在一次装夹中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检测等工序；另一方面是加工中可采用较大的切削用量，有效地减少了加工中的切削工时。

3．加工精度高、加工质量稳定

由于数控机床本身的精度较高，还可以利用软件进行精度校正和补偿，又因为它根据数控程序自动进行加工，可以避免人为的误差，因此，不但加工精度高，而且质量稳定。

4．加工能力强

数控机床能高效优质地完成普通机床不能或难以完成的复杂型面零件的加工，对复杂型面零件其生产效率比通用机床加工高十几倍甚至几十倍。

5．功能复合程度高，一机多用

数控机床，特别是自动换刀的数控机床，在一次装夹的情况下，可以实现大部分工艺能力的加工工序，一台数控机床可以代替数台普通机床。这样可以减少装夹误差，节约工序之间的运输、测量和装夹等辅助时间，还可以节省机床的占地面积，带来较高的经济效益。

任何事物都有两重性。数控加工虽有上述各种优点，同时在某些方面也存在不足之处。

① 单位工时的加工成本较高；

② 生产效率比刚性自动生产线低，因而只适宜于多品种小批量或中批量生产（占机械加工总量70%～80%），而不适合于大批量生产；

③ 加工中的调整相对复杂；

④ 维修难度大，要求具有较高技术水平的人员来操作和维修；

⑤ 机床价格较高，初始投资大。

1.2.3 数控机床加工的应用范围

数控加工的确具有普通机床加工所不具备的许多优点。而且它的应用范围还在不断扩大，但是在目前还不能完全取代普通机床，也就是说，它不能以最经济的方式来解决加工制造中所有问题。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

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率与经济上是否合理，都应把对其进行数控加工作为优选方案。

① 形状复杂，加工精度要求高，用通用机床无法加工或虽然能加工但很难保证产品质量的零件；

② 用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件；

③ 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；

④ 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作全面衡量。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 在通用机床上加工时，安装需要做长时间调整的零件；

⑤ 用通用机床加工时，体力劳动强度很大的零件。

3．不适应类

下述一类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 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）；

② 装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件；

③ 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；

④ 必须用特定的工艺装备协调加工的零件。