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数控机床的分类及结构原理

1、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着很大差别，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。

在普通数控机床上加装一个刀库和换刀装置就成为加工中心。加

工中心进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如，

铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的

刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的4

面甚至5面进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别

适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次

安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时

间，大大提高了生产效率和加工质量。

（2）成型加工类数控机床

常见的成型加工主要应用于金属板材加工，这一类数控机床有数

控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。

（3）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

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切割机床以及数控激光加工机床等。

（4）其他机械设备

近年来，其他机械设备中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。

2、按驱动装置的特点分类

（1）开环控制数控机床

无位置反馈装置的数控机床称为开环控制数控机床。使用步进电

动机（包括电液脉冲电动机）作为伺服执行元件，是其最明显的特点。

在开环控制数控机床中，数控装置输出的脉冲，经过步进驱动器的环

形分配器或脉冲分配软件的处理，并通过驱动电路进行功率放后，控

制步进电动机的角位移。步进电动机再经过减速装置（或直接连接）

带动丝杠旋转，通过丝杠将角位移转换为移动部件的直线位移。因此，

控制步进电动机的转角与转速，就可以间接控制移动部件的移动速度

与位移量。下图为开环数控机床伺服驱动部分的结构原理图。

▲开环控制

开环控制系统的数控机床结构简单、成本较低。但是，系统对移

动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进

电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工

零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数

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控机床，特别是简易经济型数控机床。

（2）半闭环控制数控机床

半闭环控制数控机床的特点是：机床的传动丝杠或伺服电动机上

装有角位移检测装置（如：光电编码器等），通过它检测丝杠的转角，

从而间接地检测了移动部件的位移，如下图所示。

▲半闭环控制数控机床

角位移信号被反馈到数控装置或伺服驱动中，实现了从数控装置

到电动机输出转角间的闭环自动调节。同样，由于伺服电动机和丝杠

相连，通过丝杠将旋转运动转换为移动部件的直线位移，因此，间接

控制了移动部件的移动速度与位移量。这种结构，只对电动机或丝杠

的角位移进行了闭环控制，没有实现对最终输出的直线位移的闭环控