1、淺談數控機床原理、分類與選擇        摘要:數控機床是運用數控技術對零件進行加工控制的機床。經過近幾十年國內外廠家的，數控機床的種類繁多，且控制精度日漸提高，本文對數控機床的原理、分類進行了詳細的介紹，給出了在選擇數控機床時應主要考慮的幾個原則。 關鍵詞:數控機床;原理;分類 數控機床是在普通機床的基礎上發展起來的，由于它具有良好的柔性、高的加工精度和穩定性、能加工復雜零件、減輕了工人的勞動強度和易于實現化管理等一系列優點，目前在機械制造業中得到了廣泛的應用。 一、數控機床原理 數控機床一般由信息載體、數控裝

2、置、伺服系統和機床本體等四部分組成。信息載體即穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶和磁盤等，用于記錄程序編制的內容，并通過光電紙帶閱讀機、磁帶機和磁盤驅動器等讀入裝置輸送給數控裝置。數控裝置是數控機床的核心，也就是常說的NC（普通數控裝置） 或CNC（機數控裝置），NC是數控機床發展初期的一種形式，現在的數控機床大多使用CNC系統。數控裝置的作用是接受讀入裝置輸入的加工信息，經過譯碼處理和運算，發出相應的指令脈沖給伺服系統，完成零件加工。伺服系統是數控機床的執行部分，由電動機和傳動裝置組成。伺服系統接受數控裝置傳來的指令脈沖信號，控制機床執行件（工作臺或刀架）運動的位移和速度。機床本體主要是機械部件，包括主

3、運動部件、進給運動部件和支承部件等。對于數控機床部件來講，機械部件結構較通用機床簡單，但其各項技術指標要求比通用機床要高。在數控機床上進行加工時，首先根據零件圖編制程序，編程的代碼和指令格式大多符合ISO標準和相應的國家標準。然后將程序通過信息載體輸入到NC或CNC中，由數控系統根據程序內容發出指令，一方面由伺服系統中的電動機通過傳動裝置控制機床執行件的運動，另一方面控制機床的其它輔助運動，如主軸轉速、轉向選擇，冷卻泵的開停等。兩方面協同動作，共同完成加工內容。數控機床加工零件的過程如圖1所示。 1         

4、; 二、數控機床的分類方法多種多樣，常見的分類方法有四種 （一）按伺服系統類型分類 分為開環、閉環和半閉環系統。由伺服系統控制機床執行件運動時，雖然其接受了數控裝置的指令要求值，但實際位移量并不一定等同于指令要求值，也就是存在一定的誤差。這一誤差是由伺服電動機的轉角誤差、減速齒輪的傳動誤差、滾珠絲杠的導程誤差以及導軌副抵抗爬行的能力這四項因素綜合反映的。開環、閉環和半閉環系統的主要區別在于使用的電動機不同、是否進行執行件的測量及誤差補償以及誤差補償范圍的大小不同。開環系統如圖2所示，由于不進行執行件的測量及誤差補償，所以結構簡單，維修方便，精度相對較低，成本低，一般用于精度要求不太高

5、的中小型數控機床上。閉環系統如圖3所示，精度高，成本高，主要用于精度要求較高的大型和精密數控機床上。半閉環系統如圖4所示，介于兩者之間，只對部分誤差進行補償，因此從理論上講其加工精度不如全閉環系統。圖1所示的系統稱之為開環系統（圖中虛線框部分所示），如果加入位移檢測裝置和反饋系統（圖中虛線部分所示），此時，該系統稱為閉環系統。 （二）按控制運動的方式分類 分為點位控制、直線控制和輪廓控制三種。點位控制數控機床在加工平面內只控制刀具相對于工件的定位點的坐標位置，而對定位移動的軌跡不作要求。這類控制系統主要用于數控鉆床、數控鏜床、數控沖床和測量機等。直線控制數控機床能控制刀具或工件的適當的進給運動

6、，沿平行于坐標軸的方向進行直線移動和加工，或者控制兩個坐標軸以相同的速度運動，沿45°斜線進行切削加工。這類控制系統主要用于數控車床、數控鏜銑床以及某些加工中心。輪廓控制數控機床能同時控制兩個或兩個以上坐標軸，使刀具與工件作相對運動，加工復雜零件。單純的點位控制和直線控制機床很少，大部分為輪廓控制數控機床。輪廓控制數控機床能夠實現聯動加工，也能進行點位和直線控制。這類控制系統主要用于數控車床、數控銑床、數控磨床以及加工中心機床。 （三）按工藝用途分類 分為一般數控機床和數控加工中心。一般數控機床指與一般通用機床相對應的數控車、銑、鉆、鏜、磨和齒輪加工機床。加工中心最顯著的特點是具有刀

7、庫和換刀機械手，能夠實現多工序加工。刀庫的容量應為二十把刀以上，但是一般常說的四方刀架、八方刀架等不屬于刀庫的范疇。 （四）按數控裝置的功能分類 分為數控機床、簡易數控機床和型數控機床。數控機床的數控裝置功能齊全，能夠進行自動編程、自動測量和自動故障診斷等。簡易數控機床的功能單一，僅具備實現自動化的基本功能，并采用直觀輸入方式，結構簡單，價格便宜。通用機床可采用單片機或單板機經數控化改造成經濟型數控機床，性能可靠，操作簡便。 三、選擇數控機床時，應主要考慮以下幾個問題 （一）經濟能力和工人技術水平用戶如何合理地利用有限的資金，獲得適合本單位的數控機床十分重要。除了不同的經濟能力購買不同檔次的數

8、控機床外，操作人員的操作、日常維護和保養（預防性維修）的技術水平，維修人員的故障維修水平都會影響機床的精度、穩定性和壽命。 （二）數控系統的選擇國外品牌有發那科、西門子、三菱等系統，國內品牌有華中數控、廣州數控等，根據加工精度、穩定性、價格等各方面因素進行合理選擇。國外的數控系統由于較早，相對國產數控系統來講精度、穩定性好一些，但價格也較高。國產數控系統有較大的價格優勢，且各方面性能指標都在不斷提高中，如華中數控等系統在國內也占有不少的市場份額。 （三）數控機床類型、技術規格的選擇根據典型加工對象選用數控機床的類型，工件的加工批量應大于經濟批量，選擇的數控機床型號應能滿足本廠大部分工件的加工要求，并能保證加工質量。機床型號、規格的選擇切忌能包攬一切項目，沒必要且浪費成本。少數超規格的工件可選擇外協或其它方法解決。 （四）售后服務質量 數控機床由于涉及多學科知識，一般出現故障后是由廠家來進行維修的。機床在初期運行期間或正常使用后，都可能會有一些問題，此時用戶與廠家及時的溝通就顯得極為重要。實際中也有不少例子，比如一些單位購買進口多軸聯動機床，一旦出現故障，維修人員都得進出國門修理，有時候并不像顧客所希望的那樣及時。所以不管是顧客或是廠家，若售后服務質量好的話，對雙方進一步的發展都至