数控机床

数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。

组成

主机　　他是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。

数控装置　　是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于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。

驱动装置　　他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。

辅助装置　　指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。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等。

编程及其他附属设备：可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。

机床坐标系

在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证记录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化，目前国际上数控机床的坐标轴和运动方向均已实现标准化。掌握机床坐标系、编程坐标系、加工坐标系等概念，是具备人工设置机床加工坐标系的基础。

（1）机床相对运动的规定。无论机床在实际加工中是工件运动还是刀具运动，在确定编程坐标时，一般看作是工件相对静止，而刀具运动这一原则可以保证编程人员在不确定机床加工零件时是刀具移向工件，还是工件移向刀具的情况下，都可以根据图纸或数模进行手工或自动数控编程。

为了确定机床的运动方向和移动距离，需要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就是机床坐标系。数控机床上的标准坐标系采用右手直角笛卡儿坐标系，如图所示。

机床坐标系

（2）机床坐标系的规定。在确定机床坐标轴时，一般先确定Z轴，然后确定X轴和Y轴，最后确定其他轴。机床某一零件运动的正方向，是指增大工件和刀具之间距离的方向。

① Z轴：Z轴的方向是由传递切削力的主轴确定的，与主轴轴线平行的坐标轴即是Z轴，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z坐标方向；如果主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向。

② X轴：X轴是水平轴，平行于工件的装夹面，且垂直于Z轴。这是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。对于工件旋转的机床（如车床、磨床等），X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座。刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向。

③ Y轴：Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴。Y运动的正方向根据X和Z坐标的正方向，按照右手直角笛卡儿坐标系来判断。

④旋转坐标轴：围绕坐标轴X、Y、Z旋转的运动，分别用A、B、C表示。它们的正方向用右手螺旋法则判定，如上图所示。

⑤ 附加轴：如果在X、Y、Z主要坐标以外，还有平行于它们的坐标，可分别指定第2组U、V、W坐标，第3组P、Q、R坐标。

常见类型数控机床的坐标系如图所示。

 二轴数控车床的坐标系                       三轴数控铣床的坐标系

带旋转头的四轴铣床的坐标系      带旋转工作台头的四轴铣床的坐标系

  

带旋转头和工作台的五轴铣床　　　　　　带双旋转工作台的五轴铣床　

带双旋转头的五轴铣床的坐标系

工件坐标系

工件坐标系是用于确定工件几何图形上各几何要素（点、直线和圆弧）的位置而建立的坐标系。工件坐标系的原点即是工件零点。选择工件零点时，最好把工件零点放在工件图的尺寸能够方便地转换成坐标值的地方。车床工件零点一般设在主轴中心线上，工件的右端面或左端面。铣床工件零点，一般设在工件外轮廓的某个角上，进刀深度方向的零点，大多取在工件表面。工件零点的一般选用原则如下：

（1）工件零点选在工件图样的尺寸基准上，这样可以直接用图纸标注的尺寸，作为编程点的坐标值，减少计算工作量。

（2）能使工件方便地装夹、测量和检验。

（3）工件零点尽量选在尺寸精度较高的工件表面上。这样可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。

对于有对称形状的几何零件，工件零点最好选在对称中心上。

分类

●按工艺用途分类;
　　金属切削类数控机房,包括数控车床,数控钻床,数控铣床,数控磨床,数控镗床发及加工中心.这些机床都有适用于单件、小批量和多品种和零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生产率和自动化程度，以及很高的设备柔性。
金属成型类数控机床；这类机床包括数控折弯机，数控组合冲床、数控弯管机、数控回转头压力机等。
　　数控特种加工机床；这类机床包括数控线（电极）切割机床、数控电火花加工机床、数控火焰切割机、数控激光切割机床、专用组合机床等。
    其他类型的数控设备；非加工设备采用数控技术，如自动装配机、多坐标测量机、自动绘图机和工业机器人等。
●按运动方式分类
⑴ 点位控制的数控机床

点位控制只要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点的准确定位对于点与点之间的运动轨迹的要求并不严格，在移动过程中不进行加工，各坐标轴之间的运动是不相关的。为了实现既快又精确的定位，两点间位移的移动一般先快速移动，然后慢速趋近定位点，以保证定位精度，图下图所示，为点位控制的运动轨迹

具有点位控制功能的机床主要有数控钻床、数控镬床、数控冲床等。随着数控技术的发展和数控系统价格的降低，单纯用于点位控制的数控系统已不多见。

 

数控机床的点位加工轨迹

⑵ 直线控制数控机床

直线控制数控机床也称为平行控制数控机床，其特点是除了控制点与点之间的准确定位外，还要控制两相关点之间的移动速度和路线（轨迹），但其运动路线只是与机床坐标轴平行移动，也就是说同时控制的坐标轴只有一个（即数控系统内不必有插补运算功能），在移位的过程中刀具能以指定的进给速度进行切削，一般只能加工矩形、台阶形零件。

其有直线控制功能的机床主要有比较简单的数控车床、数控铣床、数控磨床等。这种机床的数控系统也称为直线控制数控系统。同样，单纯用于直线控制的数控机床也不多见。

数控机床的直线加工

⑶ 轮廓控制数控机床

轮廓控制数控机床也称连续控制数控机床，其控制特点是能够对两个或两个以 h 的运动坐标的位移和速度同时进行控制。为了满足刀具沿工件轮廓的相对运动轨迹符合工件加工轮廓的要求，必须将各坐标运动的位移控制和速度控制按照规定的比例关系精确地协调起来。因此在这类控制方式中，就要求数控装置具有插补运算功能．所谓插补就是根据程序输入的基本数据（如直线的终点坐标、圆弧的终点坐标和圆心坐标或半径），通过数控系统内插补运算器的数学处理，把直线或圆弧的形状描述出来，也就是一边计算，一边根据计算结果向各坐标轴控制器分配脉冲，从而控制各坐标轴的联动位移量与要求的轮廓相符合在运动过程中刀具对工件表面进行连续切削，可以进行各种直线、圆弧、曲线的加工．轮廓控制的加工轨迹如图所示。

数控机床轮廓控制加工

●按控制方式分类；
　　开环控制；即不带位置反馈装置的控制方式。
半闭环控制；指在开环控制伺服电动机轴上装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机的转角间接地检测出运动部件的位移反馈给数控装置的比较器，与输入的指令进行比较，用差值控制运动部件。
　　闭环控制；是在机床的最终的运动部件的相应位置直接直线或回转式检测装置，将直接测量到的位移或角位移值反馈到数控装置的比较器中与输入指令移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。
●按数控制机床的性能分类
经济型数控机床；
中档数控机床；
高档数控机床；
●按所用数控装置的构成方式分数
硬线数控系统；
软线数控系统；
加工中心

机床主要有数控车床、数控铣床、加工中心等。加工中心是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。工件在加工中心上经一次装夹后，能对两个以上的表面完成多种工序的加工，并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。
　　加工中心按其加工工序分为镗铣和车削两大类，按控制轴数可分为三轴、四轴和五轴加工中心。

数控车床

数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工艺性能，可以加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件

这类数控车床为二轴联动，主要用于数控车床加工旋转曲面。刀具沿着X，Z轴进行补给操作。

数控车床（学校加工厂的）

　　　　　刀具　　　　　　　　　　　　　工件

 

 

加工示例：http://v.youku.com/v_show/id_XMjI5NzI3MjY4.html

 

车削加工中心

       车床与车削加工中心区别：可以铣削加工的数控车床一般称为车铣复合加工中心，加工中心绝大部分是备有刀库，车削加工中心，首先是有可转位的刀库，另外可以自动装夹及送料加工，这样才可以称为车削加工中心。数控车床一般不能铣，车削中心可在所加工的轴类零件上铣键槽, 车削加工中心可以加工各种回转表面，如内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、沟槽、端面和成形面等

车削加工中心是性能最好的数控车床，属于三轴数控。常用作精加工使用，其床身均为倾斜结构，在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的数控车床带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工

 

车削中心

数控铣床

数控铣床引是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别.为三轴控制。

铣床（millingmachine）系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件（和）铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。

      

　　　　　　数控铣床　　　　　　　　　　　铣刀

加工示例http://v.youku.com/v_show/id_XMTY4MTEyMDAw.html

 

 

镗铣加工中心

       数控镗铣床和加工中心是一样的道理，是主要用来镗直径比较大比较深的孔，数控铣床一般用来铣比较简单的表面，也可以铣比较浅的孔。数控镗铣床身结构是卧式的床身比较大，数控铣床的床身结构是立式的一般是小型的． 数控镗铣床有刀库可以自动换刀，数铣床没有刀库，加工过程中都是手动实现换刀。 目前生产的数控镗铣床和加工中心基本可以通用,只是在加工零件镗床被限制的比较少, 至于编程上,镗床钻孔的时候一般用每转进给,而加工中心一般用每分钟进给, 由于镗铣床向心力比较好,滑枕能伸出很长,一般用于加工孔精度高,体积比较大的箱体类零件，镗铣床滑枕比较稳,加工表面精度比较高，好的加工中心基本可以实现。

龙门式镗铣中心

加工示例：http://v.youku.com/v_show/id_XMTQ2MDgxODAw.html

 

 

四轴联动

同时控制 X 、 Y 、 Z 三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴联动。如下图其中，包含X，Y，Z三轴以及与X轴的旋转轴A轴。

　　　　　坐标系　　　　　　CNC四轴加工中心- L850

 

加工示例：http://www.tudou.com/programs/view/pMc9_xvHChA/（其中包含X，Y，Z，A轴）。

五轴联动

除同时控制 X 、 Y 、 Z 三 个育线坐标轴联动外．还同时控制围绕这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．比如控制刀具同时绕 x 轴和 Y 轴两个方向摆动，使得刀具在其切削点上始终保持与被加工的轮廓曲面成法线方向，以保证被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，减小被加工表面的粗糙度

桥式五轴数控加工中心NG-151MC（平安公司）

 

加工实例（1）：http://www.56.com/u33/v_NjE3MTM4MDY.html

加工示例（2）包含A，C轴：http://www.tudou.com/programs/view/EQdHmCKGHCQ/

另有一种五轴联动数控机床的各轴如下图：

五坐标机床各轴

 

几个非常先进的数控系统及成品

（1）德玛吉 DMG CTX gamma 2000 TCGILDEMEISTER 加工中心

加工地址：http://v.youku.com/v_show/id_XMjMwMjUyNDY0.html

（2）美国goodpartner数控机床

加工地址：http://v.youku.com/v_show/id_XNjI1MTA4MA==.html

（3）一个五轴联动作品，人头像制作

加工地址：http://v.youku.com/v_show/id_XMjY0MDQxMDM2.html

（4）全铝头盔一次成型

加工地址：http://v.youku.com/v_show/id_XMTgyNjM4NDA0.html