1.3 数控机床的分类

目前数控机床的品种很多，通常按下面五种方法进行分类。

1.3.1 按工艺用途分类

按照数控机床的工艺用途可将数控机床分为一般数控机床、加工中心以及数控特种加工机床三类。

1.一般数控机床

一般数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床和齿轮加工机床。如图1.4所示是CK7815数控车床，它与传统的通用机床的工艺用途相似，但是它的生产率和自动化程度比传统机床高，适合加工单件、小批量和复杂形状的工件。

2.加工中心

数控加工中心是在一般数控机床上加装刀库和自动换刀装置，构成一种带自动换刀装置的数控机床。这类数控机床的出现打破了一台机床只能进行单工种加工的传统概念，实行一次安装定位，完成多工序加工方式。例如图1.5所示的TH5632型立式加工中心，它的刀库容量是16把刀具，在刀具和主轴之间有一换刀机械手，工件一次装夹后，可自动连续进行铣、钻、镗、铰、扩、攻螺纹等多种工序加工。加工中心因一次安装定位完成多工序加工，避免了因多次安装造成的误差，减少了机床台数，提高了生产效率和加工自动化程度。

3.数控特种加工机床

数控特种加工机床主要指非切削加工的数控机床，如数控电火花成型加工机床、数控电火花线切割机床、数控激光切割机床等。

1.3.2 按控制的运动轨迹分类

按数控机床控制的运动轨迹，可将数控机床分为点位控制数控机床、直线控制数控机床，以及轮廓控制数控机床三类。

1.点位控制数控机床

点位控制数控机床只要求获得准确的加工坐标点的位置。由于数控机床只是在刀具或工件到达指定位置后才开始加工，在运动过程中并不进行加工，所以从一个位置移动到另一个位置的运动轨迹不需要严格控制。采用点位控制的数控机床主要有数控钻床、数控坐标镗床和数控冲床等。如图1.6所示为数控钻床点位控制加工示意图。这类机床最重要的性能指标是要保证孔的相对位置，并要求快速点定位，以便减少空行程时间，故通常采用点位控制方式。

2.直线控制数控机床

直线控制数控机床，除了控制刀具或工作台由一点运动到另一点的准确位置外，还要在移动的过程中进行切削加工，保证两点之间移动的轨迹为一条直线，同时要控制移动的速度。如图1.7所示为数控车床直线控制加工示意图。这类机床主要有简易数控车床、数控铣床等，目前，在生产实际中这种数控机床已应用较少。

3.轮廓控制数控机床

轮廓控制也称连续控制。这类机床能对两个或两个以上的运动坐标的位移及速度进行严格的连续控制，使刀具或工作台在几个坐标轴方向同时协调联动，不仅能控制运动部件的起点和终点，还可以控制其运动轨迹及轨迹上每一点的速度和位移，相互配合形成所需的曲线和曲面，如图1.8所示。由于需要精确地同时控制两个或多个坐标轴的运动，机床的数控装置一般要求具有较高速度的数学运算和信息处理能力。这类机床主要有数控铣床、数控车床和加工中心等。

1.3.3 按控制坐标联动轴数分类

数控机床常见坐标轴有X、Y、Z三个直线坐标轴以及分别绕这三个直线坐标轴旋转的A、B、C坐标轴。数控机床能够对其中两个或两个以上坐标轴同时进行切削加工控制，它不仅能控制机床移动部件的起点和终点坐标，而且能按需要严格控制刀具移动轨迹，以加工任意斜率的直线、圆弧、抛物线及其他函数关系的曲线或曲面。数控机床控制几个坐标按需要的运动关系同时协调运动，称之为坐标联动。按照数控机床可控制的坐标联动轴数，可将数控机床分为两轴联动、两轴半联动、三轴联动、四轴联动、五轴联动数控机床等类型。

1.两轴联动数控机床

两轴联动数控机床是指同时控制两个坐标联动的数控机床，主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工曲线柱面，如图1.9所示。

2.两轴半联动数控机床

两轴半联动数控机床本身具有三个坐标，其中两根轴可以联动，而另外一根轴只能做周期性进给。如图1.8（c）所示的是采用这种方式加工三维空间曲面的两轴半联动数控机床。

3.三轴联动数控机床

三轴联动数控机床是指能够同时控制三个坐标轴联动的数控机床，三轴联动数控机床有两类：一类是控制X、Y、Z三个坐标轴，实现三个直线坐标联动的数控机床，比较常见于数控铣床、加工中心等，如图l.10所示为用球头铣刀铣切三维空间曲面的三轴联动数控机床；另一类是除了同时控制X轴、Y轴、Z轴其中的两个直线坐标轴外，还同时控制A轴、B轴、C轴其中的一个旋转坐标轴。如车削加工中心，它除了控制纵向（Z轴）、横向（X轴）两个直线坐标轴联动外，还需同时控制围绕Z轴旋转的主轴（C轴）联动。

4.四轴联动数控机床

四轴联动数控机床能同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴（A轴、B轴、C轴其中之一）联动，如图1.11所示为同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴与一个工作台回转轴B轴联动的数控机床。

5.五轴联动数控机床

五轴联动数控机床除能够同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴联动外，还同时控制围绕这些直线坐标轴旋转的A、B、C坐标轴中的两个坐标轴，形成同时控制五个轴联动。这时刀具可以被定在空间的任意方向，主要用于加工形状复杂的零件，可以提高其加工精度和加工效率。如图1.12所示为一台五轴联动数控机床。

1.3.4 按性能分类

按数控系统的功能水平，通常把数控机床分为低、中、高三档。这种分类方式，在我国用得较多。低、中、高三档的界限是相对的，不同时期，划分标准也会不同。就目前的发展水平看，可以根据数控系统的功能及指标，将各种类型的数控机床分为低、中、高档三类。其中低档的又称为经济型数控机床，经济型数控机床是指采用功能简单、价格低廉的数控系统，例如线切割机床以及经数控改造的一般数控机床等；中、高档数控机床一般又称为全功能数控机床或标准型数控机床。

1.3.5 按进给伺服系统分类

1.开环伺服系统数控机床

开环伺服系统数控机床采用开环伺服系统，开环伺服系统如图1.13所示，它是不带测量反馈装置的控制系统。开环伺服系统一般由步进电动机、速配齿轮和丝杠螺母副等组成。数控系统每输入一个脉冲信号，步进电动机就转过一个角度（步距角），通过步进电动机与丝杠之间的速配齿轮及丝杠带动工作台或刀具移动一定的距离（脉冲当量）。机床在工作的时候，运动部件的速度和位移量由输入的脉冲频率和数目决定。由于伺服机构没有测量反馈装置，运动部件的实际位移量无法检测，也不能进行校正，其位移的精度取决于步进电动机的步距精度、速配齿轮和丝杠螺母副的制造精度及间隙，因而机床加工精度的提高受到限制。但开环伺服系统的结构简单，调试、维修方便，价格低廉，故精度要求不高的经济型数控机床常用这一类进给伺服系统。

2.闭环伺服系统数控机床

闭环伺服系统数控机床采用闭环伺服系统，如图1.14所示。闭环伺服机构通常由宽调速直流电动机、速配齿轮、丝杠螺母副和位移检测装置等组成。机床工作时，由数控装置发出要工作台移动一给定位移的指令信号，使工作台移动，与此同时，通过位移检测装置检测机床移动部件的实际位移量，作为反馈信号送往数控装置的比较器，与原有的指令信号进行比较，如有偏差，数控装置控制移动部件向消除偏差的方向继续移动，直到偏差小到规定值为止。可见，从理论上讲，这类机床运动部件的位移精度主要取决于检测装置的测量精度，而与传动链的精度无关。这类机床的控制系统复杂，对机床的本身结构性能要求高，调试比较困难，成本高，故这类伺服系统主要用于大型精密数控机床。

3.半闭环伺服系统数控机床

半闭环伺服系统数控机床的伺服系统如图1.15所示，半闭环伺服系统也属于闭环控制的范畴，只是位移检测装置不是装在机床运动的最后环节上，而是装在伺服电动机或滚珠丝杠轴端，检测它们的角位移（转角）和转速并反馈到数控装置，由角位移间接推算出工作台或刀具的位移和移动速度。由于丝杠螺母等传动机构不在控制环内，它们的传动误差不能进行校正，这种机床的精度虽不及闭环系统控制的数控机床，但位移检测装置的结构简单，系统的稳定性好，调试较容易，因而应用较普遍。