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浅谈数控机床原理、分类与选择

（作者:___________单位:___________邮编:___________）

摘要:数控机床是运用数控技术对零件进行加工控制的

机床。经过近几十年国内外厂家的发展，数控机床的种类繁多，且控

制精度日渐提高，本文对数控机床的原理、分类进行了详细的介绍，

给出了企业在选择数控机床时应主要考虑的几个原则。

关键词:数控机床;原理;分类

数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，由于它具有良

好的柔性、高的加工精度和稳定性、能加工复杂零件、减轻了工人的

劳动强度和易于实现现代化管理等一系列优点，目前在机械制造业中

得到了广泛的应用。

一、数控机床原理

数控机床一般由信息载体、数控装置、伺服系统和机床本体

等四部分组成。信息载体即穿孔纸带、穿孔卡、磁带和磁盘等，用于

记录程序编制的内容，并通过光电纸带阅读机、磁带机和磁盘驱动器

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等读入装置输送给数控装置。数控装置是数控机床的核心，也就是常

说的NC（普通数控装置）或CNC（计算机数控装置），NC是数控机

床发展初期的一种形式，现在的数控机床大多使用CNC系统。数控装

置的作用是接受读入装置输入的加工信息，经过译码处理和运算，发

出相应的指令脉冲给伺服系统，完成零件加工。伺服系统是数控机床

的执行部分，由电动机和传动装置组成。伺服系统接受数控装置传来

的指令脉冲信号，控制机床执行件（工作台或刀架）运动的位移和速

度。机床本体主要是机械部件，包括主运动部件、进给运动部件和支

承部件等。对于数控机床部件来讲，机械部件结构较通用机床简单，

但其各项技术指标要求比通用机床要高。在数控机床上进行加工时，

首先根据零件图编制程序，编程的代码和指令格式大多符合ISO标准

和相应的国家标准。然后将程序通过信息载体输入到NC或CNC中，

由数控系统根据程序内容发出指令，一方面由伺服系统中的电动机通

过传动装置控制机床执行件的运动，另一方面控制机床的其它辅助运

动，如主轴转速、转向选择，冷却泵的开停等。两方面协同动作，共

同完成加工内容。数控机床加工零件的过程如图1所示。

二、数控机床的分类方法多种多样，常见的分类方法有

四种

（一）按伺服系统类型分类

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分为开环、闭环和半闭环系统。由伺服系统控制机床执行件

运动时，虽然其接受了数控装置的指令要求值，但实际位移量并不一

定等同于指令要求值，也就是存在一定的误差。这一误差是由伺服电

动机的转角误差、减速齿轮的传动误差、滚珠丝杠的导程误差以及导

轨副抵抗爬行的能力这四项因素综合反映的。开环、闭环和半闭环系

统的主要区别在于使用的电动机不同、是否进行执行件的测量及误差

补偿以及误差补偿范围的大小不同。开环系统如图2所示，由于不进

行执行件的测量及误差补偿，所以结构简单，维修方便，精度相对较

低，成本低，一般用于精度要求不太高的中小型数控机床上。闭环系

统如图3所示，精度高，成本高，主要用于精度要求较高的大型和精

密数控机床上。半闭环系统如图4所示，介于两者之间，只对部分误

差进行补偿，因此从理论上讲其加工精度不如全闭环系统。图1所示

的系统称之为开环系统（图中虚线框部分所示），如果加入位移检测

装置和反馈系统（图中虚线部分所示），此时，该系统称为闭环系统。

（二）按控制运动的方式分类

分为点位控制、直线控制和轮廓控制三种。点位控制数控机

床在加工平面内只控制刀具相对于工件的定位点的坐标位置，而对定

位移动的轨迹不作要求。这类控制系统主要用于数控钻床、数控镗床、

数控冲床和测量机等。直线控制数控机床能控制刀具或工件的适当的

进给运动，沿平行于坐标轴的方向进行直线