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技術(shù)文章
數(shù)控機(jī)床的分類
閱讀：2878 發(fā)布時(shí)間：2009-8-11
目前，數(shù)控機(jī)床品種齊全，規(guī)格繁多，可從不同角度和按照多種原則進(jìn)行分類。
1 . 按工藝用途分類
（1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床和傳統(tǒng)的通用機(jī)床品種一樣，有數(shù)控車床、數(shù)控
銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心等。加工中心是帶有自動(dòng)換刀裝置，在一次裝卡后可以進(jìn)行多種工序加工的數(shù)控機(jī)床。
?。?）金屬成型類數(shù)控機(jī)床 如數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。
（3）數(shù)控特種加工及其他類型數(shù)控機(jī)床 如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、
數(shù)控激光切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床等。
2. 按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類
（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制（12345426467 %265829）又稱點(diǎn)到點(diǎn)控制（12465 52 12465 %26:529）。這類數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置只要求地控制一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)到另一坐標(biāo)點(diǎn)的定位精度，而不管一點(diǎn)到另一點(diǎn)是按照什么軌跡運(yùn)動(dòng)。在移動(dòng)過程中不進(jìn)行任何加工。為了定位和提高生產(chǎn)率，首先系統(tǒng)高速運(yùn)行，然后進(jìn)行 - 級(jí) < 0 級(jí)減速，使之慢速趨近定位點(diǎn)，減小定位誤差。這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖剪床和數(shù)控測(cè)量機(jī)等。使用數(shù)控鉆鏜加工零件可以省去鉆模、鏜模等工裝，又能保證加工精度。
（2）直線控制數(shù)控機(jī)床 直線切削控制（%&’（）*+& ,-& ,./&’.0）又稱平行切削控制（1（’2
（0304-&,./&’.0）。這類數(shù)控機(jī)床不僅要求具有準(zhǔn)確的定位功能，而且還要保證從一點(diǎn)到另一點(diǎn)之間移動(dòng)的軌跡是一條直線。其路線和移動(dòng)速度是可以控制的。對(duì)于不同的刀具和工件，可以選擇不同的切削用量。這一類數(shù)控機(jī)床包括：數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、加工中心等。
（6）輪廓控制數(shù)控機(jī)床 " 輪廓控制（,./&.-’）/* ,./&’.0）又稱為連續(xù)軌跡控制（,./&）/- "
78% 1（&+,./&’.0）。這類數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置能同時(shí)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸，并具有插補(bǔ)功能。對(duì)位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷的控制，即可以加工曲線或者曲面零件，如凸輪及葉片等。輪廓控制數(shù)控機(jī)床有兩坐標(biāo)及兩坐標(biāo)以上的數(shù)控銑床、可加工曲面的數(shù)控車床、加工中心等。
3 : 按伺服系統(tǒng)的類型分類
根據(jù)有無檢測(cè)反饋元件及其檢測(cè)裝置，機(jī)床的伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)伺服、閉環(huán)伺服和
半閉環(huán)伺服。
*編 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床概述
（1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類數(shù)控機(jī)床沒有檢測(cè)反饋裝置（見圖 ! " !#），數(shù)控裝置發(fā)
出的指令信號(hào)的流程是單向的，其精度主要取決于驅(qū)動(dòng)器件和電機(jī)（如步進(jìn)電機(jī)）的性能。
工作臺(tái)的移動(dòng)速度和位移量是由輸入脈沖的頻率和脈沖數(shù)決定的。這類數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡
單、成本低、工作比較穩(wěn)定、調(diào)試方便。它適用于精度、速度要求不高的場(chǎng)合，如經(jīng)濟(jì)型、中
小型機(jī)床。
（2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床數(shù)控裝置中插補(bǔ)器發(fā)出的指令信號(hào)與工作臺(tái)末端
測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)其差值不斷控制運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行誤差修正，直至差值在誤差允許的范圍內(nèi)為止。采用閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床（見圖 ! " !!（ !））可以消除由于傳
動(dòng)部件制造中存在的精度誤差給工件加工帶來的影響，從而得到很高的加工精度。但是，由于很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)（尤其是慣量較大的工作臺(tái)等）包括在閉環(huán)控制的環(huán)路內(nèi)，各部件的摩擦特性、剛性及間隙等都是非線性量，直接影響伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)，故閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都有較大的難度，設(shè)計(jì)和調(diào)整得不好，很容造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
所以，閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床主要用于一些精度要求高和速度高的精密大型數(shù)控機(jī)床，如
鏜銑床、超精車床、超精磨床等。
（%）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，它的檢測(cè)元件裝在
電機(jī)或絲杠的端頭，如圖 ! " !!（ &）所示。這種系統(tǒng)的閉環(huán)路內(nèi)不包括機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因
此，可獲得穩(wěn)定的控制特性。由于采用高分辨率的測(cè)量元件（如脈沖編碼器），又可以獲得
比較滿意的精度和速度。半閉環(huán)系統(tǒng)的控制精度介于開環(huán)與閉環(huán)之間。
’ （ 按照功能水平分類
可將數(shù)控機(jī)床分為高、中、低檔三類。這種分類方法沒有一個(gè)確切定義，但可以給人
們一個(gè)清晰的一般水平概念。數(shù)控機(jī)床水平高低由主要技術(shù)參數(shù)、功能指標(biāo)和關(guān)鍵部件
的功能水平?jīng)Q定。下列幾個(gè)方面可作為評(píng)價(jià)數(shù)控機(jī)床檔次的參考條件。
（!）分辨率和進(jìn)給速度 分辨率為 !#!），進(jìn)給速度為 *） + ）,- . !/） + 01,- 為低檔；分辨
率為 !!"，進(jìn)給速度為!#" $ "%& ’ （）" $ "%& 為中檔；分辨率為* + !!"，進(jìn)給速度為!#" $ "%&
’ !**" $ "%& 為。
（（）多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)功能 低檔數(shù)控機(jī)床zui多聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為 （ 軸—, 軸，中、則為 , 軸 -
# 軸以上。
（,）顯示功能 低檔數(shù)控機(jī)床一般只有簡單的數(shù)碼管顯示或簡單的 ./0 字符顯示
（.123456 /17 0896，陰極射線管）。而中檔的有較齊全的 ./0 顯示，不僅有字符，而且還有
圖形、人機(jī)對(duì)話、自診斷等功能。的還有三維動(dòng)態(tài)圖形顯示。
（））通信功能 低檔數(shù)控機(jī)床無通信功能。中檔數(shù)控機(jī)床有 /:（,（ 或 ;<.（;%=6>2 <8
- "6=%>1? .4&2=4?，直接數(shù)控或稱群控）接口。的有@AB（@1&8C1>28=%&D A824"12%>1??7 B=4E
24>4?，制造自動(dòng)化協(xié)議）等高性能通信接口，具有聯(lián)網(wǎng)功能。
（#）主 .BF（.4&2=4? B=4>6GG%&D F&%2，*處理單元）低檔數(shù)控機(jī)床一般采用 H 位 .BF，
中、的已經(jīng)由 !I 位 .BF 發(fā)展到 ,（ 位、I） 位 .BF，并具有精簡指令集的 /J:.（ /658>65
?&G2=8>2%4& :62 .4"K826=）*處理單元。
此處，進(jìn)給伺服水平以及 B.（B=4D =1"19?6 .4&2=4??6=，可編程控制器）功能也是衡量數(shù)
控檔次的標(biāo)準(zhǔn)。
在我國還有經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的提法，所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機(jī)床
而言的，一般均屬低檔數(shù)控機(jī)床，是指由單板機(jī)、單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)及其
他功能簡單、價(jià)格低的數(shù)控系統(tǒng)。區(qū)別于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，把功能較齊全的數(shù)控系統(tǒng)稱為
全功能數(shù)控機(jī)床，或稱為標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機(jī)床。
1 . 按工藝用途分類
（1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床和傳統(tǒng)的通用機(jī)床品種一樣，有數(shù)控車床、數(shù)控
銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心等。加工中心是帶有自動(dòng)換刀裝置，在一次裝卡后可以進(jìn)行多種工序加工的數(shù)控機(jī)床。
?。?）金屬成型類數(shù)控機(jī)床 如數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。
（3）數(shù)控特種加工及其他類型數(shù)控機(jī)床 如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、
數(shù)控激光切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床等。
2. 按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類
（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制（12345426467 %265829）又稱點(diǎn)到點(diǎn)控制（12465 52 12465 %26:529）。這類數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置只要求地控制一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)到另一坐標(biāo)點(diǎn)的定位精度，而不管一點(diǎn)到另一點(diǎn)是按照什么軌跡運(yùn)動(dòng)。在移動(dòng)過程中不進(jìn)行任何加工。為了定位和提高生產(chǎn)率，首先系統(tǒng)高速運(yùn)行，然后進(jìn)行 - 級(jí) < 0 級(jí)減速，使之慢速趨近定位點(diǎn)，減小定位誤差。這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖剪床和數(shù)控測(cè)量機(jī)等。使用數(shù)控鉆鏜加工零件可以省去鉆模、鏜模等工裝，又能保證加工精度。
（2）直線控制數(shù)控機(jī)床 直線切削控制（%&’（）*+& ,-& ,./&’.0）又稱平行切削控制（1（’2
（0304-&,./&’.0）。這類數(shù)控機(jī)床不僅要求具有準(zhǔn)確的定位功能，而且還要保證從一點(diǎn)到另一點(diǎn)之間移動(dòng)的軌跡是一條直線。其路線和移動(dòng)速度是可以控制的。對(duì)于不同的刀具和工件，可以選擇不同的切削用量。這一類數(shù)控機(jī)床包括：數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、加工中心等。
（6）輪廓控制數(shù)控機(jī)床 " 輪廓控制（,./&.-’）/* ,./&’.0）又稱為連續(xù)軌跡控制（,./&）/- "
78% 1（&+,./&’.0）。這類數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置能同時(shí)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸，并具有插補(bǔ)功能。對(duì)位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷的控制，即可以加工曲線或者曲面零件，如凸輪及葉片等。輪廓控制數(shù)控機(jī)床有兩坐標(biāo)及兩坐標(biāo)以上的數(shù)控銑床、可加工曲面的數(shù)控車床、加工中心等。
3 : 按伺服系統(tǒng)的類型分類
根據(jù)有無檢測(cè)反饋元件及其檢測(cè)裝置，機(jī)床的伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)伺服、閉環(huán)伺服和
半閉環(huán)伺服。
*編 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床概述
（1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類數(shù)控機(jī)床沒有檢測(cè)反饋裝置（見圖 ! " !#），數(shù)控裝置發(fā)
出的指令信號(hào)的流程是單向的，其精度主要取決于驅(qū)動(dòng)器件和電機(jī)（如步進(jìn)電機(jī)）的性能。
工作臺(tái)的移動(dòng)速度和位移量是由輸入脈沖的頻率和脈沖數(shù)決定的。這類數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡
單、成本低、工作比較穩(wěn)定、調(diào)試方便。它適用于精度、速度要求不高的場(chǎng)合，如經(jīng)濟(jì)型、中
小型機(jī)床。
（2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床數(shù)控裝置中插補(bǔ)器發(fā)出的指令信號(hào)與工作臺(tái)末端
測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)其差值不斷控制運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行誤差修正，直至差值在誤差允許的范圍內(nèi)為止。采用閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床（見圖 ! " !!（ !））可以消除由于傳
動(dòng)部件制造中存在的精度誤差給工件加工帶來的影響，從而得到很高的加工精度。但是，由于很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)（尤其是慣量較大的工作臺(tái)等）包括在閉環(huán)控制的環(huán)路內(nèi)，各部件的摩擦特性、剛性及間隙等都是非線性量，直接影響伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)，故閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都有較大的難度，設(shè)計(jì)和調(diào)整得不好，很容造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
所以，閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床主要用于一些精度要求高和速度高的精密大型數(shù)控機(jī)床，如
鏜銑床、超精車床、超精磨床等。
（%）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，它的檢測(cè)元件裝在
電機(jī)或絲杠的端頭，如圖 ! " !!（ &）所示。這種系統(tǒng)的閉環(huán)路內(nèi)不包括機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因
此，可獲得穩(wěn)定的控制特性。由于采用高分辨率的測(cè)量元件（如脈沖編碼器），又可以獲得
比較滿意的精度和速度。半閉環(huán)系統(tǒng)的控制精度介于開環(huán)與閉環(huán)之間。
’ （ 按照功能水平分類
可將數(shù)控機(jī)床分為高、中、低檔三類。這種分類方法沒有一個(gè)確切定義，但可以給人
們一個(gè)清晰的一般水平概念。數(shù)控機(jī)床水平高低由主要技術(shù)參數(shù)、功能指標(biāo)和關(guān)鍵部件
的功能水平?jīng)Q定。下列幾個(gè)方面可作為評(píng)價(jià)數(shù)控機(jī)床檔次的參考條件。
（!）分辨率和進(jìn)給速度 分辨率為 !#!），進(jìn)給速度為 *） + ）,- . !/） + 01,- 為低檔；分辨
率為 !!"，進(jìn)給速度為!#" $ "%& ’ （）" $ "%& 為中檔；分辨率為* + !!"，進(jìn)給速度為!#" $ "%&
’ !**" $ "%& 為。
（（）多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)功能 低檔數(shù)控機(jī)床zui多聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為 （ 軸—, 軸，中、則為 , 軸 -
# 軸以上。
（,）顯示功能 低檔數(shù)控機(jī)床一般只有簡單的數(shù)碼管顯示或簡單的 ./0 字符顯示
（.123456 /17 0896，陰極射線管）。而中檔的有較齊全的 ./0 顯示，不僅有字符，而且還有
圖形、人機(jī)對(duì)話、自診斷等功能。的還有三維動(dòng)態(tài)圖形顯示。
（））通信功能 低檔數(shù)控機(jī)床無通信功能。中檔數(shù)控機(jī)床有 /:（,（ 或 ;<.（;%=6>2 <8
- "6=%>1? .4&2=4?，直接數(shù)控或稱群控）接口。的有@AB（@1&8C1>28=%&D A824"12%>1??7 B=4E
24>4?，制造自動(dòng)化協(xié)議）等高性能通信接口，具有聯(lián)網(wǎng)功能。
（#）主 .BF（.4&2=4? B=4>6GG%&D F&%2，*處理單元）低檔數(shù)控機(jī)床一般采用 H 位 .BF，
中、的已經(jīng)由 !I 位 .BF 發(fā)展到 ,（ 位、I） 位 .BF，并具有精簡指令集的 /J:.（ /658>65
?&G2=8>2%4& :62 .4"K826=）*處理單元。
此處，進(jìn)給伺服水平以及 B.（B=4D =1"19?6 .4&2=4??6=，可編程控制器）功能也是衡量數(shù)
控檔次的標(biāo)準(zhǔn)。
在我國還有經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的提法，所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機(jī)床
而言的，一般均屬低檔數(shù)控機(jī)床，是指由單板機(jī)、單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)及其
他功能簡單、價(jià)格低的數(shù)控系統(tǒng)。區(qū)別于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，把功能較齊全的數(shù)控系統(tǒng)稱為
全功能數(shù)控機(jī)床，或稱為標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機(jī)床。