浅谈数控机床原理、分类与选择

浅谈数控机床原理、分类与选择
摘要:数控机床是运用数控技术对零件进行加工控制的机床。

经过近几十年国内外厂家的发展，数控机床的种类繁多，且控制精度日渐提高，本文对数控机床的原理、分类进行了详细的介绍，给出了企业在选择数控机床时应主要考虑的几个原则。

关键词:数控机床;原理;分类
数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，由于它具有良好的柔性、高的加工精度和稳定性、能加工复杂零件、减轻了工人的劳动强度和易于实现现代化管理等一系列优点，目
前在机械制造业中得到了广泛的应用。

一、数控机床原理
数控机床一般由信息载体、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分组成。

信息载体即穿孔纸带、穿孔卡、磁带和磁盘等，用于记录程序编制的内容，并通过光电纸带阅读机、磁带机和磁盘驱动器等读入装置输送给数控装置。

数控装置是数控机床的核心，也就是常说的NC（普通数控装置）或CNC（计算机数控装置），NC是数控机床发展初期的一种形式，现在的数控机床大多使用CNC系统。

数控装置的作用是接受读入装置输入的加工信息，经过译码处理和运算，发出相应的指令脉冲给伺服系统，完成零件加工。

伺服系统是数控机床的执行部分，由电动机和传动装置组成。

伺服系统接受数控装置传来的指令脉冲信号，控制机床执行件（工作台或刀架）运动的位移和速度。

机床本体主要是机械部件，包括主运动部件、进给运动部件和支承部件等。

对于数控机床部件来讲，机械部件结构较通用机床简单，但其各项技术指标要求比通用机床要高。

在数控机床上进行加工时，首先根据零件图编制程序，编程的代码和指令格式大多符合ISO标准和相应的国家标准。

然后将程序通过信息载体输入到NC或CNC中，由数控系统根据程序内容发出指令，一方面由伺服系统中的电动机通过传动装置控制机床执行件的运动，另一方面控制机床的其它辅助运动，如主轴转速、转向选择，冷却泵的开停等。

两方面协同动作，共同完成加工内容。

数控机床加工零件的过程如
图1所示。

二、数控机床的分类方法多种多样，常见的分类方法有四种
（一）按伺服系统类型分类
分为开环、闭环和半闭环系统。

由伺服系统控制机床执行件运动时，虽然其接受了数控装置的指令要求值，但实际位移量并不一定等同于指令要求值，也就是存在一定的误差。

这一误差是由伺服电动机的转角误差、减速齿轮的传动误差、滚珠丝杠的导程误差以及导轨副抵抗爬行的能力这四项因素综合反映的。

开环、闭环和半闭环系统的主要区别在于使用的电动机不同、是否进行执行件的测量及误差补偿以及误差补偿范围的大小不同。

开环系统如图2所示，由于不进行执行件的测量及误差补偿，所以结构简单，维修方便，精度相对较低，成本低，一般用于精度要求不太高的中小型数控机床上。

闭环系统如图3所示，精度高，成本高，主要用于精度要求较高的大型和精密数控机床上。

半闭环系统如图4所示，介于两者之间，只对部分误差进行补偿，因此从理论上讲其加工精度不如全闭环系统。

图1所示的系统称之为开环系统（图中虚线框部分所示），如果加入位移检测装置和反馈系统（图中虚线
部分所示），此时，该系统称为闭环系统。

（二）按控制运动的方式分类
分为点位控制、直线控制和轮廓控制三种。

点位控制数控机床在加工平面内只控制刀具相对于工件的定位点的坐标位置，而对定位移动的轨迹不作要求。

这类控制系统主要用于数控钻床、数控镗床、数控冲床和测量机等。

直线控制数控机床能控制刀具或工件的适当的进给运动，沿平行于坐标轴的方向进行直线移动和加工，或者控制两个坐标轴以相同的速度运动，沿45°斜线进行切削加工。

这类控制系统主要用于数控车床、数控镗铣床以及某些加工中心。

轮廓控制数控机床能同时控制两个或两个以上坐标轴，使刀具与工件作相对运动，加工复杂零件。

单纯的点位控制和直线控制机床很少，大部分为轮廓控制数控机床。

轮廓控制数控机床能够实现联动加工，也能进行点位和直线控制。

这类控制系统主要用于数控车床、
数控铣床、数控磨床以及加工中心机床。

（三）按工艺用途分类
分为一般数控机床和数控加工中心。

一般数控机床指与一般通用机床相对应的数控车、铣、钻、镗、磨和齿轮加工机床。

加工中心最显著的特点是具有刀库和换刀机械手，能够实现多工序加工。

刀库的容量应为二十把刀以上，但是一般常说的四方刀架、八方刀架等不属
于刀库的范畴。

（四）按数控装置的功能分类
分为数控机床、简易数控机床和经济型数控机床。

数控机床的数控装置功能齐全，能够进行自动编程、自动测量和自动故障诊断等。

简易数控机床的功能单一，仅具备实现自动化的基本功能，并采用直观输入方式，结构简单，价格便宜。

通用机床可采用单片机或单板机经数控化改造成经济型数控机床，性能可靠，操作简便。

三、选择数控机床时，应主要考虑以下几个问题
（一）企业经济能力和工人技术水平用户如何合理地利用有限的资金，获得适合本单位的数控机床十分重要。

除了不同的经济能力购买不同档次的数控机床外，操作人员的操作、日常维护和保养（预防性维修）的技术水平，维修人员的故障维修水平都会影响机床的精度、
稳定性和寿命。

（二）数控系统的选择国外品牌有发那科、西门子、三菱等系统，国内品牌有华中数控、广州数控等，根据加工精度、稳定性、价格等各方面因素进行合理选择。

国外的数控系统由于发展较早，相对国产数控系统来讲精度、稳定性好一些，但价格也较高。

国产数控系统有较大的价格优势，且各方面性能指标都在不断提高中，如华中数控等系统在国内也占有不少
的市场份额。

（三）数控机床类型、技术规格的选择根据典型加工对象选用数控机床的类型，工件的加工批量应大于经济批量，选择的数控机床型号应能满足本厂大部分工件的加工要求，并能保证加工质量。

机床型号、规格的选择切忌能包揽一切项目，没必要且浪费成本。

少数超规
格的工件可选择外协或其它方法解决。

（四）售后服务质量数控机床由于涉及多学科知识，一般出现故障后是由厂家来进行维修的。

机床在初期运行期间或正常使用后，都可能会有一些问题，此时用户与厂家及时的沟通就显得极为重要。

实际中也有不少例子，比如一些单位购买进口多轴联动机床，一旦出现故障，维修人员都得进出国门修理，有时候并不像顾客所希望的那样及时。

所以不管是顾客或是厂家，若售后服务质量好的话，对双方进一步的发展都至关重要。

总之，数控机床由于一系列优点，已在机床工业中日渐受到人们的重视，而且数控技术的发展也使机床的结构、种类发生了一系列的变化。

企业在数控机床的选择中应根据企业经济能力和工人技术水平结合数控机床类型、技术规格及售后服务质量等原则，综合考虑上述
因素的利弊，确定数控机床的选择。