數控機床的原理分類及數控技術的發展研究

李紀明

【摘要】數控機床是運用數控技術對零件進行加工和控制的機床，是在普通機床的基礎上發展起來的，數控機床有非常明顯的優勢，加工精度較高、柔性較好，而且相對穩定，能夠加工復雜的零件，因此在很大程度上降低了工人的勞動強度，也更加符合現代化管理的要求，因此在機械制造行業得到了廣泛的引用。數控機床的種類有很多，本文對數控機床的原理、分類進行了分析，并探討了數控技術的發展。

【關鍵詞】數控機床 原理分類 數控技術 發展

數控機床是機電一體化的典型產品，涉及到計算機軟件技術、電子技術、自動控制技術、液壓與氣動技術、白動檢測技術和精密機械技術等多個領域，隨著可續而技術的不斷進步，目前數控機床已經被廣泛的使用到了企業的生產工作中，對工作人員提出了更高的要求。

一、數控機床的原理

數控機床主要由程序編制及程序載體、輸入裝置、數控裝置、伺服系統和機床本體和輔助控制裝置幾個部分組成，在數控機床工作的過程中，第一，將編制好的加工程序通過操作面板進行操作，將數字信息傳送到數控裝置中；第二，數控裝置在接收到信號之后，對信號進行處理，并將處理之后的信號以脈沖信號的形式進行分配，一方面發送進給的執行命令給進給伺服系統，另一方面將指令信號發給可編程序控制器；第三，在可編程序控制器接到指令信號之后，控制機床本體立即執行相應的指令，并將執行情況反饋給數控裝置；第四，在伺服系統接收到進給執行命令之后，會驅動機床本體的各個坐標軸按照指令的要求進行精確的位移，從而完成工件的加工；第五，在機床本體各個坐標軸進行位移的過程中，檢測裝置會將位移的實測值實時的反饋給數控裝置，并向伺服系統發出補償執行指令，直至實測值與指令值一致；第六，如果在各個坐標軸位移的過程中，超過了指令值，限位裝置就會向數控裝置發出超程的信號，數控系統在報警的同時會給伺服系統發出停止執行的命令。

總而言之，數控機床的工作原理可以簡要概括為數控裝置內的計算機通過對輸入裝置輸入信息進行處理之后，通過伺服系統向機床主軸和進給機構發出相應的指令，機床主體按照指令進行相應的運動，控制工件的運動軌跡、進給速度和位移量，并通過檢測反饋裝置完成檢測反饋工作，實現對工件的加工。

二、數控機床的分類

根據不同的標準，可以將數控機床分類，以下主要介紹了按伺服系統類型分類、按控制運動的方式分類、按工藝用途分類和按數控裝置的功能分類四種。

（一）按伺服系統類型分類

按照不同的伺服系統類型，數控機床可以分為開環系統數控機床、閉環系統數控機床和半閉環系統數控機床，在數控裝置發出指令之后，何服系統控制機床會按照指令執行件運動時，但是盡管如此，在執行件運動時也不可避免的會存在一定的誤差。滾珠絲杠的導程、減速齒輪和傳動、伺服電動機的轉角甚至是導軌的副抵抗爬行能力，都會影響執行件的運動。對于這三種不同伺服系統的數控機床，所使用的電動機、對執行件的測量和對誤差的補償都不相同。對于開環系統的數控機床來說，具有維修方便、成本較低的優點，但是由于不進行執行件的測量和誤差誤差，因此精度不高，所以一般都是應用在一些中小型的數控機床上；閉環系統的優點是精度高，但是與此同時成本也比較高，所以一般都是用在一些對精度有較高要求的大型、精密數控機床上；半閉環系統只對部分誤差進行補償，是一種介于兩者之間的系統，加工精度要高于開開環系統，但是無法與全閉環系統的加工精度相比。

（二）按控制運動的方式分類

根據不同的控制運動的方式，數控機床可以分為點位控制數控機床、直線控制數控機床和輪廓控制數控機床三種。在點位控制數控機床中，通過控制加工平面內刀具相對于工件的定位點坐標位置，來完成數控加工的一種控制系統，這種控制系統一般應用在數控鉆床、數控躺床和測量機等方面。而對于直線控制數控機床，則是對刀具或工件的進給運動進行控制的一種控制系統，從而控制刀具能夠沿一定的方向和一定的速度進行運動，這種控制系統大多被應用在數控加工中心。對于輪廓控制數控機床，比較適合加工一些較為復雜的零件，是通過兩個以上坐標軸進行同時控制的一種數控機床，從而使刀具與工件作相對運動。在實際的生產中，所使用的大部分機床都是輪廓控制數控機床，這類控制系統得到了廣泛的應用。

（三）按工藝用途分類

平時我們所說的數控機床和數控加工中心則是根據不同的工藝用途進行分類的，對于數控車、數控鉆、數控銑和齒輪加工等簡單的加工，一般都是數控機床；對于相對復雜擁有換刀機械手，能夠實現多種工序加工的，一般稱之為數控加工中心。

（四）按數控裝置的功能分類

根據不同的數控裝置功能，數控機床有有簡易型和經濟型之分，建議性的數控機床只具備單一的功能，但是價格相對便宜；而經濟型的數控機床雖然功能不如數控機床健全，但是操作起來簡便，也具有相對可靠的性能。

三、數控技術的發展

隨著科學技術的不斷發展，數控機床結合了機械原理、機構學、控制理論、數值計算和計算機科學多門學科，并且隨著功能部件的不斷發展，數控機床的運動速度、控制方式和運算能力都在不斷的提升，機床功能也逐漸向工藝復合、智能處理方向發展。在目前的制造系統中，工業機器人成為了在機床應用中的重要發展趨勢，將機器人與機床結合起來，能夠有效的結合二者的優點，彌補不足，對于實現數控機床的全天連續無人化運轉有重要的幫助。

四、結束語

總而言之，相比于傳統的機床，數控機床表現出了一系列明顯的優勢，并且逐漸的受到了人們的重視，隨著數控技術的發展，機床的結構、種類都發生了很大的變化，為了控制技術會越來越先進，新型機床會越來越多，因此對掌握數控機床的原理分類，對數控技術的發展進行研究具有非常重要的意義。

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