1.3　数控机床分类

目前，为了研究数控机床，可从不同的角度对数控机床进行分类。

1.3.1　按控制系统的特点分类

（1）点位控制数控机床

对于一些孔加工用数控机床，只要求获得精确的孔系坐标定位精度（图1-4）而不管从一个孔到另外一个孔是按照什么轨迹运动，如坐标钻床、坐标铣床以及冲床等，就可以采用简单而价格低廉的点位控制系统。

这种点位控制系统，为了确保准确的定位，系统在高速运行后，一般采用3级减速，以减小定位误差。但是，由于移动件本身存在惯性，而且在低速运动时，摩擦力有可能变化，所以即使系统关断后，工作台并不立即停止，形成定位误差，而且这个值有一定的分散性。

（2）直线控制数控机床

某些数控机床不仅要求具有准确定位的功能，而且要求从一点到另一点之间按直线移动，并能控制位移的速度（图1-5）。因为这一类型的数控机床在两点间移动时，要进行切削加工。所以对于不同的刀具和工件，需要选用不同的切削用量及进给速度。

这一类的数控机床包括经济型数控镗铣床、数控车床等。一般情况下，这些数控机床有2～3个可控轴，但可同时控制轴数只有1个。

为了能在刀具磨损或更换刀具后，仍得到合格的零件，这类机床的数控系统常常具有刀具半径补偿功能、刀具长度补偿功能和主轴转速控制的功能。

（3）轮廓控制的数控机床

更多的数控机床具有轮廓控制的功能（图1-6），即可以加工具有曲线或者曲面的零件。这类机床有两坐标及两坐标以上的数控铣床、加工中心等。这类数控机床应能同时控制两个或两个以上的轴进行插补运算，对位移和速度进行严格的不间断控制。现代数控机床绝大多数都具有两坐标或两坐标以上联动的功能；不仅有刀具半径补偿、刀具长度补偿，还有机床轴向运动误差补偿，丝杠、齿轮的间隙误差补偿等一系列功能。按照可联动（同时控制）轴数，可以有2轴控制、2.5轴控制、3轴控制、4轴控制、5轴控制等。

2.5轴控制（两个轴是连续控制，第三轴是点位或直线控制）的原理，实现了三个主要轴X、Y、Z内的二维控制（图1-7）。

3轴控制是三个坐标轴X、Y、Z都同时插补，是三维连续控制（图1-8）。

5轴连续控制是一种很重要的加工形式（图1-9），这时三个坐标轴X、Y、Z与工作台的回转、刀具的摆动同时联动（也可以是与两轴的数控转台联动，或刀具做两个方向的摆动）。由于刀尖可以按数学规律导向，使之垂直于任何双倍曲线平面，因此特别适合于加工透平叶片、机翼等。

1.3.2　按伺服系统分类

（1）开环伺服系统数控机床

这是比较原始的一种数控机床，这类机床的数控系统将零件的程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动，没有来自位置传感器的反馈信号，如图1-10所示。最典型的系统就是采用步进电动机的伺服系统。这类机床较为经济，但是速度及精度都较低。因此，目前在国内，仍作为一种经济型数控机床，多用于旧机床改造。

（2）闭环伺服系统数控机床

这类机床可以接受插补器的指令，而且随时接受工作台测得的实际位置反馈信号，根据其差值不断进行误差修正，如图1-11所示，这类数控机床可以消除由于传动部件制造中存在的精度误差给工件加工带来的影响。

采用闭环伺服系统的数控机床，可以得到很高的加工精度，但是，由于很多机械传动环节（如丝杠副、工作台等）都包含在反馈环节内，而各种机械传动环节，包括丝杠与螺母、工作台与导轨的摩擦特性，各部件的刚度，以及位移检测元件安装的间隙等，都是可变的，将直接影响伺服系统的调节参数，而且有一些是非线性的参数。因此闭环系统设计与调整有较大的难度，设计与调整不好，很容易造成系统不稳定。所以，闭环伺服系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精铣床等。

（3）半闭环伺服系统数控机床

大多数数控机床是半闭环伺服系统，将测量元件从工作台移到电动机端头或丝杠端头。这种系统的闭环环路内不包括丝杠、螺母副及工作台，因此可以获得稳定的控制特性，如图1-12所示。而且由于采用了高分辨率的测量元件，可以获得比较满意的精度及速度。

1.3.3　按工艺方式分类

①金属切削类数控机床　如数控车床、加工中心、数控钻床、数控磨床、数控镗床等。

②金属成型类数控机床　如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。

③数控特种加工机床　如数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机等。

④其他类型的数控机床　如火焰切割机、数控三坐标测量机等。

1.3.4　按功能水平分类

根据一些功能及指标，可以把数控机床分为低、中、高三个档次（表1-1），这种分类方法，目前在我国用得很多，但没有一个确切的定义。