一、功能和特點(diǎn)
(一)主機(jī)
主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分。根據(jù)不同的零件加工要求，有車床、銑床、鉆床、鏜床、磨床、重型機(jī)床、電加工機(jī)床以及其它類型。與普通機(jī)床不同的是，數(shù)控機(jī)床的主機(jī)結(jié)構(gòu)上具有以下特點(diǎn)；
l) 由于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，因此，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化，傳動鏈較短。
2) 為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。
3) 更多地采用高效傳動部件，如滾珠絲杠副，直線滾動導(dǎo)軌等。
(二)CNC (Computerized NumericaJ Contro1)裝置
這是數(shù)控機(jī)床的核心。用于實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置都具備下面一些功能。
1）多坐標(biāo)控制(多軸聯(lián)動)。
2)實(shí)現(xiàn)多種函數(shù)的插補(bǔ)(直線、圓弧、拋物線等)。
3)代碼轉(zhuǎn)換(EIA/ISO代碼轉(zhuǎn)換、英制/公制轉(zhuǎn)換、二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換、絕對值/增量值轉(zhuǎn)換等)。
4)人機(jī)對話、手動數(shù)據(jù)輸人，加工程序輸人，編輯及修改。
5)加工選擇，各種加工循環(huán)，重復(fù)加工、凹(凸)模加工，鏡象加工等。
6)可實(shí)現(xiàn)各種補(bǔ)償功能，進(jìn)行刀具半徑、刀具長度、傳動間隙、螺距誤差的補(bǔ)償。
7)實(shí)現(xiàn)故障自診斷。
8)CRT或LCD顯示，實(shí)現(xiàn)圖形、軌跡、字符顯示。
9)聯(lián)網(wǎng)及通信功能。
(三)驅(qū)動裝置
驅(qū)動裝置是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動部件。普通機(jī)床的主軸和進(jìn)給系統(tǒng)，主要由電機(jī)驅(qū)動進(jìn)給箱及主軸箱的齒輪來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和變速。而數(shù)控機(jī)床主軸和進(jìn)給則是由數(shù)控裝置發(fā)出進(jìn)給指令，通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)幾個進(jìn)給軸實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動時，機(jī)床就可以完成點(diǎn)位、直線、平面曲線或空間曲面的加工。一般來說，數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動，要求有好的快速響應(yīng)性能，能靈敏而準(zhǔn)確的跟蹤由數(shù)控裝置發(fā)送來的數(shù)字指令信號。
(四)數(shù)控機(jī)床的輔助裝置
它是保證數(shù)控機(jī)床功能充分發(fā)揮所需要的配套部件。
由于這些配套裝置包括的面很廣，有電器、液壓、氣動元件及冷卻、排屑、防護(hù)、
潤滑、照明、儲運(yùn)等一系列裝置，它對開發(fā)數(shù)控機(jī)床本身的功能具有很大的作用，因此受到了各產(chǎn)業(yè)部門的重視，發(fā)展極為迅速。
(五)程縞機(jī)及其他一些附屬設(shè)各
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床，不僅可以利用CNC裝置上的鍵盤直接輸人零件的程序，也可以利用自動程編機(jī)，在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制，將程序記錄在信息載體上(如紙帶、磁帶、磁盤、U盤等)，然后送入數(shù)控裝置。對于較為復(fù)雜的零件，一般都是采用這種辦法。對這種方式，我們稱為自動程序編制，或計算機(jī)輔助程序編制。
大型的，特殊曲面的零件程序，往往要用計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，并利用計算機(jī)的通用外圍接口，如RS-232串口、U盤接口以及存儲卡接口來同CNC裝置進(jìn)行零件程序的傳送。
現(xiàn)在隨著微電子技術(shù)及計算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，大多數(shù)零件的程序編制工作，都由計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)了。為了便于使用，一些公司還可以提供一些專用的程編機(jī)，并配有完整的附屬設(shè)備。使用專用的程編軟件，可以方便的高質(zhì)量的編制出各種需要的零件程序。目前在模具加工行業(yè)中應(yīng)用得比較廣泛的計算機(jī)輔助設(shè)計編程的軟件有MasterCAM、Prole等著名軟件。
二、數(shù)控機(jī)床的分類
對于數(shù)控機(jī)床，我們可以從不同的角度對其進(jìn)行分類。
(一)按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分類
1．點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床
對于一些孔加工用數(shù)控機(jī)床，只要求獲得精確的孔系坐標(biāo)定位精度，而不管從一個孔到另外一個孔是按照什么樣的軌跡運(yùn)動，如坐標(biāo)鉆床，坐標(biāo)鏜床及沖床等，就可以采用簡單而價格低廉的點(diǎn)位控制系統(tǒng)。這種點(diǎn)位控制系統(tǒng)，為了確保準(zhǔn)確的定位，系統(tǒng)在高速運(yùn)行后，一般采用3級減速，以減減小定位誤差。但是由于移動件本身存在慣性，而且在低速運(yùn)動時，摩擦力有可能變化。所以即使驅(qū)動裝置停止運(yùn)動后，工作臺并不立即停止，形成定位誤差Δd，而且這個值有一定的分散性。
2．直線控制數(shù)控機(jī)床
某些數(shù)控機(jī)床不僅要求具有準(zhǔn)確定位的功能，而且要求從一點(diǎn)到另一點(diǎn)之間按直線移動，并能控制位移的速度。因?yàn)檫@一類型的數(shù)控機(jī)床在兩點(diǎn)間移動時，要進(jìn)行切削加工。所以對于不同的刀具和工件，需要選用不同的切削用量及進(jìn)給速度。
這一類的數(shù)控機(jī)床包括:數(shù)控鏜銑床、數(shù)控車床、加工中心等。一般情況下這些數(shù)控機(jī)床，有兩個到三個可控軸。為了能在刀具磨損或更換刀具后，可得到合格的零件，達(dá)類機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)常常具有刀具半徑補(bǔ)償功能、刀具長度補(bǔ)償?shù)墓δ?，和主軸轉(zhuǎn)速控制的功能。
3. 輪廓控制的數(shù)控機(jī)床
更多的數(shù)控機(jī)床，具有輪廓控制的功能，即可以加工曲線或者曲面的零件。這類機(jī)床有二坐標(biāo)及二坐標(biāo)以上數(shù)控銑床，可加工曲面的數(shù)控車床，加工中心等。
這類數(shù)控機(jī)床應(yīng)能同時控制兩個或兩個以上的軸并具有插補(bǔ)功能，能對位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷控制。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床絕大多數(shù)都具有兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上聯(lián)動的功能，不僅有刀具半徑補(bǔ)償、刀具長度補(bǔ)償、還有機(jī)床軸向運(yùn)動誤差補(bǔ)償、絲杠、齒輪的間隙誤差補(bǔ)償?shù)纫幌盗醒a(bǔ)償功能。
按照可聯(lián)動(同時控制)軸數(shù)，且相互獨(dú)立的軸數(shù)，可以有2軸控制、2.5軸控制、3軸控制、4軸控制、5軸控制等。2.5軸控制(兩個軸是連續(xù)控制，笫三軸是點(diǎn)位或直線控制)的原理，實(shí)現(xiàn)了三個主要軸x，Y，z內(nèi)的兩維控制。
3軸控制是三個坐標(biāo)軸X，Y，z都同時插補(bǔ)，是三維連續(xù)控制。5軸連續(xù)控制是一種很重要的加工形式，這時3個直線坐標(biāo)軸X，Y，z，與轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)，刀具的擺動，同時聯(lián)動(也可以是與兩軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺聯(lián)動，或刀具做兩個方向的擺動)。由于刀尖可以按數(shù)學(xué)規(guī)律導(dǎo)向，使之垂直于任何雙倍曲線平面(double curve)，因此特別適合于加工葉片、機(jī)翼等。
(二)按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服系統(tǒng)類型分類
1. 開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床
這是比較原始的一種數(shù)控機(jī)床，這類機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)將零件的程序處理后，輸出數(shù)字指令信號給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動機(jī)床運(yùn)動。沒有來自位置傳感器的反饋信號。最典型的系統(tǒng)就是采用步進(jìn)電機(jī)的伺服系統(tǒng)。這類機(jī)床較為經(jīng)濟(jì)，但是速度及精度都較低。因此，目前在國內(nèi)，仍作為一種經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床，多用于對舊機(jī)床的改造。
2. 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床
這類機(jī)床可以接受插補(bǔ)器的指令，而且隨時接受工作臺端測得的實(shí)際位置反饋信號進(jìn)行比較，并根據(jù)其差值不斷地進(jìn)行誤差修正。這類數(shù)控機(jī)床可以消除由于傳動部件制造中存在的精度誤差給工件加工帶來的影響。
這種采用閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，可以得到很高的加工精度，但是由于很多的機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，如絲杠副、工作臺都包括在反饋環(huán)路內(nèi)，而各種機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，包括絲杠與螺母、工作臺與導(dǎo)軌的摩擦特性，各部件的剛性，以及位移測量元件安裝的傳動鏈間隙等等，都是可變的，都直接影響伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)。有一些是非線性的參數(shù)，因此閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)整都有較大的難度。設(shè)計和調(diào)整得不好，很容易形成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。所以，閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床，主要用于一些精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精銑床等。
3. 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床
大多數(shù)數(shù)控機(jī)床是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，將測量元件從工作臺移到電機(jī)端頭或絲杠端頭。這種系統(tǒng)的閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺，因此可以獲得穩(wěn)定的控制特性:而且由于采用了高分辨率的測量元件，可以獲得比較滿意的精度及速度。
(三)按數(shù)控裝置類型分類
1．硬件式數(shù)控機(jī)床(即NC機(jī)床)
這是早期的數(shù)控機(jī)床，數(shù)控裝置中的輸人、運(yùn)算、插補(bǔ)運(yùn)算以及控制功能均由集成電路或晶體管等器件組成。一般來說，不同的數(shù)控機(jī)床都需要專門設(shè)計不同的邏輯電路。這類數(shù)控機(jī)床數(shù)控裝置的通用性較差，因其全部由硬件組成，所以功能和靈活性也較差。因此，這類機(jī)床現(xiàn)在已基本不再使用。
2. 軟件式數(shù)控機(jī)床(即CNC機(jī)床)
70年代中期，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，芯片的集成度越來越高。利用中、大規(guī)模及超大規(guī)模的集成電路，組成CNC裝置成為可能。采用這一類裝置的數(shù)控機(jī)床，其主要的功能，幾乎全由軟件來實(shí)現(xiàn)，對于不同的數(shù)控機(jī)床，只需編制不同的軟件就可以實(shí)現(xiàn)。而硬件幾乎可以通用。這就為硬件的大批量生產(chǎn)提供了條件。批量生產(chǎn)有利于保證產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，所以現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床，都采用CNC裝置。這種軟件式數(shù)控，由于有很高的柔性，給機(jī)床廠以及機(jī)床的用戶以很大的方便。他們可以根據(jù)各自的需要開發(fā)出不同的用戶程序，使得數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用更為廣泛，并能深入到機(jī)械加工業(yè)的備個領(lǐng)域中去。
(四)按加工方式分類
1. 金屬切削類數(shù)控機(jī)床：如數(shù)控車床、加工中心、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床等。
2. 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)控特種加工機(jī)床：如數(shù)控線(電極)切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光（等離子）切割機(jī)床等。
4. 其他類型的數(shù)控機(jī)床：如火焰切割機(jī)、數(shù)控三坐標(biāo)測量機(jī)等。
(五)按照功能水平分類
可以把數(shù)控機(jī)床分為高、中、低檔(經(jīng)濟(jì)型)三類:
這種分類方法，目前在我國用的很多，但是因?yàn)闆]有一個確切的定義，所以涵意不很明確。我們習(xí)慣地按照以下功能水平進(jìn)行分類界定。
1. 分辨率和進(jìn)給速度：分辨率為10um，進(jìn)給速度在8～15m/min為低檔;分辨率為1um，進(jìn)給速度為15～24m/min為中檔;分辨率為0.1um，進(jìn)給速度為15～100m/min為高襠。
2．伺服進(jìn)給類型：采用開環(huán)、步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)為低檔;中高檔則采用半閉環(huán)的直流伺服系統(tǒng)及交流伺服系統(tǒng)(也包括采用閉環(huán)伺服系統(tǒng))。
3. 聯(lián)動軸數(shù)：低檔數(shù)控機(jī)床最多聯(lián)動軸數(shù)為2～3軸，中、高檔則為2～4軸或3～5軸以上。
4. 通信功能：低檔數(shù)控一般無通信功能。中檔可以有RS-232或DNC ( direct numerical control直接數(shù)字控制)接口。高檔的還可有MAP(manufacturing automation protocal制造自動化協(xié)議)通信接口，具有聯(lián)網(wǎng)功能。近期的CNC裝置還具備存儲卡和U盤接口。
5．顯示功能：低檔數(shù)控一般只有簡單的數(shù)碼管顯示或簡單的CRT、LCD基本信息顯示。而中檔數(shù)控則具有較齊全的CRT、LCD信息顯示，不僅有字符，而且有圖形，人機(jī)對話，自診斷等功能。高檔數(shù)控還可以有三維圖形顯示。
6. 內(nèi)裝PC(programmable contro11er可編程控制器)：低檔數(shù)控一般無內(nèi)裝PC，中、高檔數(shù)控都有內(nèi)裝PC。高檔數(shù)控具有強(qiáng)功能的內(nèi)裝PC，有軸控制的擴(kuò)展功能。
7. 主CPU(centraI processing unit中央處理單元)：低檔數(shù)控一般采用8位CPU，中檔及高檔已經(jīng)逐步的由16位CPU向32位CPU過渡。目前國外的一些新的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)選用了64位CPU，并選用具有精簡指令集的RISC中央處理單元，以提高運(yùn)算速度。根據(jù)以上的一些功能及指標(biāo)，就可以將各種類型的產(chǎn)品分為低、中、高檔三類數(shù)控系統(tǒng)。
