数控加工机床的主要结构与分类的特点介绍

数控加工机床是利用数字逻辑控制技术，准确地按照事先编制好的程序，加工出所需形状和结构零件的机电一体化设备。数控机床是在原普通机床基础上改进而成，一般由机床本体、伺服系统、主传动系统、强电控制柜、数控系统和各类辅助装置组成。

1）机床主体

数控加工机床主体由机床基础件（床身、底座）和各运动部件（工作台、主轴）所组成，具有以下特点：

（1）数控机床为金字塔式结构，具有宽导轨和低重心；

（2）数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机械传动结构简化，传动链较短；

（3）数控机床接卸传动结构具有较高的刚度、阻尼精度及耐磨性，热变形小；

（4）数控机床更多采用高效传动部件，如滚珠丝杠、直线滚动导轨等。

2）伺服系统

伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。主要由伺服电机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成。伺服电机是系统的执行元件，驱动控制系统是伺服电机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统进行功率放大后驱动伺服电机运转，再通过机械传动装置带动工作后或刀架运动。

3）数控系统

数控系统是机床实现自动加工的核心，主要由操作系统、主控制系统、可编程控制器、各类输入输出接口等组成。高速加工机床数控系统除具有高速处理数据的能力及相当高的预读能力外，还应具有以下基本功能：①刀具补偿；②插补；③“向前看”（该功能可以在保证最了的加工精度前提下，使机床以最快的速度进行加工）；④坐标系统；⑤每个轴分配不同的增益、快速速率和加减速率；⑥内置PLC；⑦坐标轴互换；⑧编程功能；⑨编辑功能⑩操作显示及其他功能。

2．数控加工机床的分类

数控机床的类型很多，通常可以按控制系统的特点、伺服系统的类型、工艺用途等进行分类。

1）按控制系统的特点分类

根据刀具与工件相对运动方式，可分为点位控制、直线控制和轮廓控制三种类型。

（1）点位控制数控机床的特点是只控制移动部件从一个位置到另一个位置的精确定位，而对运动的中间轨迹没有严格要求，在移动和定位过程中不进行任何加工。这类机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控点焊机、数控折弯机等，其相应的数控装置称为点位控制装置。

（2）直线控制数控机床的特点是刀具相对于工件的运动不仅要控制两相关点之间的准确位置，还要控制两相关点之间移动的速度和轨迹，其路线一般由与各轴线平等的直线段组成，当机床移动部件移动时，可以沿一个坐标轴的方向进行切削加工。这类机床主要有数控镗铣床、数控磨床、简易数控车床等，相应的数控装置称为直线控制装置。

（3）轮廓控制又称为连续控制，其特点是能同时控制两个以上的轴联动，具有插补功能。它不仅要控制起点和终点位置，而且要控制加工过程中每一点的位置和速度，可加工出任意形状的曲线或曲面。这类机床有数控铣床、数控车床、加工中心等，其相应的数控装置称为轮廓控制装置。

2）按伺服系统的类型分类

按照数控设备伺服驱动的控制方式，可分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床和混合控制数机床。

（1）开环控制数控机床数控装置发生的指令是单向的，一般采用功率步进电机作驱动元件，其转角或转速分别由输入的脉冲数和脉冲频率决定，系统中没有检测反馈元件。这种控制方式结构简单、调试与纵方便、价格低廉且不存在稳定性问题，其精度取决于步进电机和设备本身的精度，适用于一般要求的中小型机床和位置精度要求不高的设备。

（2）闭环控制数控机床根据各运动部件的实际位置反馈数值和控制指令中规定的位置数值进行比较，以差值来控制伺服电机驱动运动部件，一般采用直流或交流伺服电机作为驱动元件，并带有光栅、感应同步器和磁尺等位置检测反馈元件，这样的控制方式称为全闭环控制；如果位置反馈信息不是取自运动部件的实际位置，而是取自伺服电机旋转角（如进给丝杠的转角），则称为半闭环控制。闭环控制通过误差补偿可以消除机械传动环节的部分或全部误差和间隙，可以获得满意的精度。目前大部分数控机床采用半闭环控制，而精度很高的机床则采用全闭环控制。闭环控制的数控设备精度高，但系统复杂，容易造成系统的不稳定，高度困难。

（3）混合控制数控机床是将上述控制方式的特点有选择的组合，利用其优点组成混合控制方案。如利用开环、半闭环的稳定性和所能达到的高位置增益获得较高的速度和良好的动态特性，利用全闭环的误差精确补偿特性获得很高的静态定位精度。混合控制是在以开环或半闭环控制进行基本驱动，增加位置校正电路、位移及速度测量元件实现全闭环，然后用全闭环和半闭环或开环的差进行控制。混合闭环控制方式适用于重型数控机床。

3）按工艺用途分类

数控机床的用途从早期的切削加工已经扩展到各种工艺中，其加工用途、功能特点多种多样，按其基本工艺用途可分为金属切削类、金属成形类、特种加工类、复合材料加工类和测量绘图类。

（1）金属切削类数控机床是指采用车、铣、镗、磨等各种切削工艺的数控设备，包括床、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机等。

（2）金属成形类数控机床是指采用挤、冲、压、拉等成形工艺的数控设备，常用的有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机等。

（3）特种加工类数控机床是指以电、光、束流等进行材料加工的数控设备，主要包括数控火花机床、数控线切割机床、数控激光切割机、激光快速成型机等。

（4）复合材料加工类是指复合材料原料制备、构件制造的数控设备，包括数控裁剪机、布线机、数控铺带机、数控缠烧机等。

（5）测量绘图类主要有坐标测量机、数控对刀仪、数控绘图机等。

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