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我国常用数控系统的比较
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数控机床的构成及分类
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来源：中国自动化网
一、构成数控机床一般由以下几个部分组成。1)主机 是数控机床的主体，包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。2)CNC装置 是数控机床的核心，包括硬件(中央处理单元、I/O接口、人机交互界面、输入装置等)以及相...
数控机床一般由以下几个部分组成。
1)主机 是数控机床的主体，包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。
2)CNC装置 是数控机床的核心，包括硬件(中央处理单元、I/O接口、人机交互界面、输入装置等)以及相应的控制软件。
3)驱动装置 是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机及进给电机等。
4)数控机床的铺助装置 指数控机床的一些必须的配套部件，用以保证数控机床运行。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置。
5)编程机及其他一些附属装备。
二、功能和特点
主机是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。根据不同的零件加工要求，有车床、铣床、钻床、镗床、磨床、重型机床、电加工机床以及其它类型。与普通机床不同的是，数控机床的主机结构上具有以下特点；
l)由于大多数数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化，传动链较短。
2)为了适应数控机床连续地自动化加工，数控机床机械结构具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。
3)更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠副，直线滚动导轨等。
（二) CNC (Computerized NumericaJ Contro1)装置
这是数控机床的核心。用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。
现代数控机床的数控装置都具备下面一些功能。
1）多坐标控制(多轴联动)。
2) 实现多种函数的插补(直线、圆弧、抛物线等)。
3)代码转换(EIA/ISO代码转换、英制/公制转换、二-十进制转换、绝对值/增量值转换等)。
4)人机对话、手动数据输人，加工程序输人，编辑及修改。
5)加工选择，各种加工循环，重复加工、凹(凸)模加工，镜象加工等。
6)可实现各种补偿功能，进行刀具半径、刀具长度、传动间隙、螺距误差的补偿。
7)实现故障自诊断。
8)CRT或LCD显示，实现图形、轨迹、字符显示。
9)联网及通信功能。
（三）驱动装置
驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件。
普通机床的主轴和进给系统，主要由电机驱动进给箱及主轴箱的齿轮来实现运动和变速。而数控机床主轴和进给则是由数控装置发出进给指令，通过电气或电液伺服系统实现的。当几个进给轴实现了联动时，机床就可以完成点位、直线、平面曲线或空间曲面的加工。
一般来说，数控机床的伺服驱动，要求有好的快速响应性能，能灵敏而准确的跟踪由数控装置发送来的数字指令信号。
（四）数控机床的辅助装置
它是保证数控机床功能充分发挥所需要的配套部件。
由于这些配套装置包括的面很广，有电器、液压、气动元件及冷却、排屑、防护、
润滑、照明、储运等一系列装置，它对开发数控机床本身的功能具有很大的作用，因此受到了各产业部门的重视，发展极为迅速。
(五) 程缟机及其他一些附属设各
现代数控机床，不仅可以利用CNC装置上的键盘直接输人零件的程序，也可以利用自动程编机，在机外进行零件的程序编制，将程序记录在信息载体上(如纸带、磁带、磁盘、U盘等)，然后送入数控装置。对于较为复杂的零件，一般都是采用这种办法。对这种方式，我们称为自动程序编制，或计算机辅助程序编制。
大型的，特殊曲面的零件程序，往往要用计算机来实现，并利用计算机的通用外围接口，如RS-232串口、U盘接口以及存储卡接口来同CNC装置进行零件程序的传送。
现在随着微电子技术及计算机软件技术的发展，大多数零件的程序编制工作，都由计算机来实现了。为了便于使用，一些公司还可以提供一些专用的程编机，并配有完整的附属设备。使用专用的程编软件，可以方便的高质量的编制出各种需要的零件程序。
目前在模具加工行业中应用得比较广泛的计算机辅助设计编程的软件有MasterCAM、Prole等著名软件。
三、数控机床的分类
对于数控机床，我们可以从不同的角度对其进行分类。
(一)按控制系统的特点分类
1． 点位控制数控机床
对于一些孔加工用数控机床，只要求获得精确的孔系坐标定位精度，而不管从一个孔到另外一个孔是按照什么样的轨迹运动，如坐标钻床，坐标镗床及冲床等，就可以采用简单而价格低廉的点位控制系统。
这种点位控制系统，为了确保准确的定位，系统在高速运行后，一般采用3级减速，以减减小定位误差。但是由于移动件本身存在惯性，而且在低速运动时，摩擦力有可能变化。所以即使驱动装置停止运动后，工作台并不立即停止，形成定位误差Δd，而且这个值有一定的分散性。
2． 直线控制数控机床
某些数控机床不仅要求具有准确定位的功能，而且要求从一点到另一点之间按直线移动，并能控制位移的速度。因为这一类型的数控机床在两点间移动时，要进行切削加工。所以对于不同的刀具和工件，需要选用不同的切削用量及进给速度。
这一类的数控机床包括:数控镗铣床、数控车床、加工中心等。一般情况下这些数控机床，有两个到三个可控轴。
为了能在刀具磨损或更换刀具后，可得到合格的零件，达类机床的数控系统常常具有刀具半径补偿功能、刀具长度补偿的功能，和主轴转速控制的功能。
3.& 轮廓控制的数控机床
更多的数控机床，具有轮廓控制的功能，即可以加工曲线或者曲面的零件。这类机床有二坐标及二坐标以上数控铣床，可加工曲面的数控车床，加工中心等。
这类数控机床应能同时控制两个或两个以上的轴并具有插补功能，能对位移和速
度进行严格的不间断控制
现代数控机床绝大多数都具有两坐标或两坐标以上联动的功能，不仅有刀具半径补偿、刀具长度补偿、还有机床轴向运动误差补偿、丝杠、齿轮的间隙误差补偿等一系列补偿功能。
按照可联动(同时控制)轴数，且相互独立的轴数，可以有2轴控制、2.5轴控制、3轴控制、4轴控制、5轴控制等。
2.5轴控制(两个轴是连续控制，笫三轴是点位或直线控制)的原理，实现了三个主要轴x，Y，z内的两维控制。
3轴控制是三个坐标轴X，Y， z都同时插补，是三维连续控制。
5轴连续控制是一种很重要的加工形式，这时3个直线坐标轴X，Y，z，与转台的回转，刀具的摆动，同时联动(也可以是与两轴的数控转台联动，或刀具做两个方向的摆动)。
由于刀尖可以按数学规律导向，使之垂直于任何双倍曲线平面(double curve)，因此特别适合于加工叶片、机翼等。
(二)按执行机构的伺服系统类型分类
1.开环伺服系统数控机床
这是比较原始的一种数控机床，这类机床的数控系统将零件的程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动。没有来自位置传感器的反馈信号。最典型的系统就是采用步进电机的伺服系统。这类机床较为经济，但是速度及精度都较低。因此，目前在国内，仍作为一种经济型的数控机床，多用于对旧机床的改造。
2.闭环伺服系统数控机床
这类机床可以接受插补器的指令，而且随时接受工作台端
测得的实际位置反馈信号进行比较，并根据其差值不断地进行误差修正。这类数控机床可以消除由于传动部件制造中存在的精度误差给工件加工带来的影响。
这种采用闭环伺服系统的数控机床，可以得到很高的加工精度，但是由于很多的机械
传动环节，如丝杠副、工作台都包括在反馈环路内，而各种机械传动环节，包括丝杠与螺母、工作台与导轨的摩擦特性，各部件的刚性，以及位移测量元件安装的传动链间隙等等，都是可变的，都直接影响伺服系统的调节参数。有一些是非线性的参数，因此闭环系统的设计和调整都有较大的难度。设计和调整得不好，很容易形成系统的不稳定。
所以，闭环伺服系统数控机床，主要用于一些精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精铣床等。
3.半闭环伺服系统的数控机床
大多数数控机床是半闭环伺服系统，将测量元件从工作台移到电机端头或丝杠端头。这种系统的闭环环路内不包括丝杠、螺母副及工作台，因此可以获得稳定的控制特性:而且由于采用了高分辨率的测量元件，可以获得比较满意的精度及速度。
(三) 按数控装置类型分类
1．硬件式数控机床(即NC机床)
这是早期的数控机床，数控装置中的输人、运算、插补运算以及控制功能均由集成电路或晶体管等器件组成。一般来说，不同的数控机床都需要专门设计不同的逻辑电路。这类数控机床数控装置的通用性较差，因其全部由硬件组成，所以功能和灵活性也较差。因此，这类机床现在已基本不再使用。
2. 软件式数控机床(即CNC机床)
70年代中期，随着微电子技术的发展，芯片的集成度越来越高。利用中、大规模及超大规模的集成电路，组成CNC装置成为可能。采用这一类装置的数控机床，其主要的功能，几乎全由软件来实现，对于不同的数控机床，只需编制不同的软件就可以实现。而硬件几乎可以通用。这就为硬件的大批量生产提供了条件。批量生产有利于保证产品的质量、缩短生产周期，降低生产成本，所以现代数控机床，都采用CNC装置。
这种软件式数控，由于有很高的柔性，给机床厂以及机床的用户以很大的方便。他们可以根据各自的需要开发出不同的用户程序，使得数控机床的应用更为广泛，并能深入到机械加工业的备个领域中去。
(四) 按加工方式分类
1.金属切削类数控机床
如数控车床、加工中心、数控钻床、数控磨床、数控镗床等。
2.金属成型类数控机床
如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。
3.数控特种加工机床
如数控线(电极)切割机床、数控电火花加工机床、数控激光（等离子）切割机床等。
4。其他类型的数控机床
如火焰切割机、数控三坐标测量机等。
(五)按照功能水平分类
可以把数控机床分为高、中、低档(经济型)三类:
这种分类方法，目前在我国用的很多，但是因为没有一个确切的定义，所以涵意不很明
确。我们习惯地按照以下功能水平进行分类界定。
1.& 分辨率和进给速度
分辨率为10um，进给速度在8～15m/min为低档;分辨率为1um，进给速度为15～24m/min为中档;分辨率为0.1um，进给速度为15～100m/min为高裆。
2． 伺服进给类型
采用开环、步进电机进给系统为低档;中高档则采用半闭环的直流伺服系统及交流伺服系统(也包括采用闭环伺服系统)。
3.& 联动轴数
低档数控机床最多联动轴数为2～3轴，中、高档则为2～4轴或3～5轴以上。
4.& 通信功能
低档数控一般无通信功能。中档可以有RS-232 或 DNC ( direct numerical control直接数字控制)接口。高档的还可有MAP(manufacturing automation protocal制造自动化协议)通信接口，具有联网功能。近期的CNC装置还具备存储卡和U盘接口。
5． 显示功能
低档数控一般只有简单的数码管显示或简单的CRT、LCD基本信息显示。而中档数控则具有较齐全的CRT、LCD信息显示，不仅有字符，而且有图形，人机对话， 自诊断等功能。高档数控还可以有三维图形显示。
6.& 内装PC(programmable contro11er可编程控制器)
低档数控一般无内装PC，中、高档数控都有内装PC。高档数控具有强功能的内装PC，有轴控制的扩展功能。
7.& 主CPU(centraI processing unit中央处理单元)
低档数控一般采用8位CPU，中档及高档已经逐步的由16位CPU向32位CPU过渡。目前国外的一些新的数控系统已经选用了64位CPU，并选用具有精简指令集的RISC中央处理单元，以提高运算速度。
根据以上的一些功能及指标，就可以将各种类型的产品分为低、中、高档三类数控系
所谓经济型数控，都是相对标淮型数控而言。在不同的国家和不同的时期含意是不同的。其目的是根据实际机床的使用要求，合理地简化系统以降低产品价格。
在我国，把由单板机、单片机和步进电机组成的数控系统和其它功能简单、价格低的系统称为经济型数控。主要用于车床、线切割机床、以及老机床改造等。它是属于低档数控的一种，目前在我国，这类数控有一定批量的生产。
区别于经济型数控，则把功能比较齐全的数控系统，称为全功能数控，或称标淮型数控。
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