常见数控设备简介

数控设备就是指应用数控技术的设备。数控技术也叫计算机数控技术（Computer Numerical Control，CNC），是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术是用计算机按照事先存储的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑的控制功能。由于用计算机替代了原先用硬件逻辑电路组成的自动控制装置，操作指令的存储、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。它把处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置来驱动电动机或液压执行元件带动设备运行。

数控机床的种类很多，分类方法也很多，主要有以下分法。

一、按加工工艺方法分类

1.金属切削类数控机床

与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。

2.特种加工类数控机床

除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。

3.板材加工类数控机床

常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。

近年来，其他机械设备也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。

二、按控制运动轨迹分类

1.点位控制系统

点位控制系统是指数控系统只控制刀具或机床工作台，从一点准确地移动到另一点，而点与点之间运动的轨迹不需要严格控制的系统。为了减少移动部件的运动与定位时间，一般先以快速移动到终点附近位置，然后以低速准确移动到终点定位位置，以保证良好的定位精度。移动过程中刀具不进行切削。使用这类控制系统的主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床等。图1-1所示是点位控制系统加工示意情况。

2.点位直线控制系统

点位直线控制系统是指数控系统控制刀具或工作台从一个点准确地移动到下一个点，而且保证在两点之间的运动轨迹是一条直线的控制系统。刀具在移动过程中可以进行切削。应用这类控制系统的有数控车床、数控钻床和数控铣床等。图1-2所示是点位直线控制系统切削加工示意情况。

图1-1　点位控制系统加工示意

图1-2　点位直线控制系统切削加工示意

3.轮廓控制系统

轮廓控制系统也称连续切削控制系统，是指数控系统能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行严格连续控制的系统。它不仅能控制移动部件从一个点准确地移动到另一个点，而且还能控制整个加工过程每一点的速度与位移量，将零件加工成一定的轮廓形状。应用这类控制系统的有数控铣床、数控车床、数控齿轮加工机床和加工中心等。图1-3所示是轮廓控制系统数控加工示意情况。

图1-3　轮廓控制系统数控加工示意

三、按控制坐标联动轴数分类

数控系统控制几个坐标轴按需要的函数关系同时协调运动，称为坐标联动。按照联动轴数可以将其分为以下几种。

1.两轴联动

数控机床能同时控制两个坐标轴联动，适于数控车床加工回转类零件表面的轮廓曲线或数控铣床铣削平面轮廓。(www.xing528.com)

2.两轴半联动

在两轴的基础上增加了Z轴的移动，当机床坐标系的X、Y轴固定时，Z轴可以做周期性进给。两轴半联动加工可以实现分层加工。

3.三轴联动

数控机床能同时控制三个坐标轴的联动，用于一般曲面的加工，一般的型腔模具均可以用三轴联动的数控机床加工完成。

4.多坐标联动

数控机床能同时控制四个以上坐标轴的联动。多坐标数控机床的结构复杂，精度要求高、程序编制复杂，适于加工形状复杂的零件，如叶轮叶片类零件。通常三轴机床可以实现两轴、两轴半、三轴加工；五轴机床也可以只用到三轴联动加工，而其他两轴不联动。

四、按驱动装置的特点分类

由数控装置发出脉冲或电压信号，通过伺服系统控制机床各运动部件运动。数控机床按进给伺服系统控制方式分类有开环控制系统、全闭环控制系统和半闭环控制系统三种形式。

1.开环控制系统

这种控制系统采用步进电动机，无位置测量元件，输入数据经过数控系统运算，输出指令脉冲控制步进电动机工作，如图1-4所示。这种控制方式对执行机构不检测，无反馈控制信号，因此被称为开环控制系统。开环控制系统的设备成本低、调试方便、操作简单，但控制精度低，工作速度受到步进电动机的限制。

图1-4　开环控制系统

2.全闭环控制系统

这种控制系统绝大多数采用伺服电动机，有位置测量元件和位置比较电路。如图1-5所示，测量元件被安装在工作台上，测出工作台的实际位移值并反馈给数控装置，位置比较电路将测量元件反馈的工作台实际位移值，并与指令的位移值相比较，用比较的误差值控制伺服电动机工作，直至到达实际位置、误差值消除，因此我们称之为全闭环控制。全闭环控制系统的控制精度高，但要求机床的刚性好，对机床的加工、装配要求高，调试较复杂，而且设备的成本高。

图1-5　全闭环控制系统

3.半闭环控制系统

这种控制系统的位置测量元件不是测量工作台的实际位置，而是测量伺服电动机的转角，再经过推算得出工作台位移值，并将其反馈至位置比较电路，使其与指令中的位移值相比较，用比较的误差值控制伺服电动机工作，如图1-6所示。这种系统用推算方法间接测量工作台位移，不能补偿数控机床传动链零件的误差，因此被称为半闭环控制系统。半闭环控制系统的控制精度高于开环控制系统，调试比全闭环控制系统容易，设备的成本介于开环与全闭环控制系统之间。

图1-6　半闭环控制系统

五、按性能分类

1.经济型数控机床

这是数控机床的一种，又称简易数控机床。它的主要特点是价格便宜，功能针对性强。一般情况下，普通机床改装成简易数控机床后可以提高工效1～4倍，同时能降低废品率，提高产品质量，又可减轻工人劳动强度。

2.中档数控机床

这类数控系统功能较多，以实用为准，除了具有一般数控系统的功能以外，还具有一定的图形显示功能及面向用户的宏程序功能等。采用的微型计算机系统一般为32位微处理器系统，具有RS-232通信接口，机床的进给多用交流或直流伺服驱动，一般系统能实现4轴或4轴以下联动控制，进给分辨率为1 μm，快速进给速度为10～20 m/min，其输入、输出的控制一般可由可编程控制器来完成，从而大大增强了系统的可靠性和控制的灵活性。这类数控机床的品种极多，几乎覆盖了各种机床类别，且其价格适中，目前它的总趋势是简单、实用，不追求过多的功能，从而使机床的价格得到适当降低。

3.高档数控机床

这类数控系统指加工复杂形状工件的多轴控制数控机床，且其工序集中、自动化程度高、功能强、具有高度柔性。采用的微型计算机系统为64位以上微处理器系统，机床的进给大都采用交流伺服驱动，除了具有一般数控系统的功能以外，应该至少能实现5轴或5轴以上的联动控制，最小进给分辨率为0.1 μm，最大快速移动速度能达到100 m/min或更高，具有三维动画图形功能和友好的图形用户界面，同时还具有丰富的刀具管理功能、宽调速主轴系统、多功能智能化监控系统和面向用户的宏程序功能，还有很强的智能诊断功能和智能工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且能实现计算机的联网和通信。这类系统功能齐全，价格昂贵。常见的数控机床如图1-7所示。