1.3 数控机床的分类

数控机床的种类很多，可以根据其加工工艺、控制原理、功能和组成等角度进行分类。

1.3.1 按加工工艺方法分类

1.普通数控机床

为了不同的工艺需要，与传统的通用机床一样，普通数控机床分为数控车床、铣床、钻床、镗床及磨床等，而且每一类又有很多品种，如数控铣床就有立铣、卧铣、工具铣及龙门铣等，这类机床的工艺性能与通用机床相似，所不同的是它能自动地加工出精度更高、形状更复杂的零件。

2.数控加工中心

数控加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。典型的数控加工中心有镗铣加工中心和车削加工中心。

数控加工中心又称为多工序数控机床。在加工中心上，可以使零件一次装夹后，进行多种工艺、多道工序的集中连续加工，这就大大减少了机床台数。由于减少了装卸工件、更换和调整刀具的辅助时间，从而提高了机床效率；同时由于减少了多次安装造成的定位误差，从而提高了各加工面之间的位置精度，因此，近年来数控加工中心得以迅速发展。

3.多坐标数控机床

有些复杂形状的零件，即使用三坐标的数控机床还是无法加工，如螺旋桨、飞机机翼曲面等，这就需要3个以上坐标的合成运动才能加工出所需的曲面形状。于是出现了多坐标联动的数控机床，其特点是数控装置能同时控制的轴数较多，机床结构也较复杂。坐标轴数的多少取决于加工零件的复杂程序和工艺要求，现在常用的有四、五、六坐标联动的数控机床。

4.数控特种加工机床

数控特种加工机床包括数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控激光切割机床等。

1.3.2 按控制运动方式分类

1.点位控制数控机床

点位控制数控机床仅控制运动部件从一点移动到另一点的准确定位，在移动过程中不进行加工，对两点间的移动速度和运动轨迹没有严格要求，可以沿多个坐标同时移动，也可以沿各个坐标先后移动。为了减少移动时间和提高终点位置的定位精度，一般先快速移动，当接近终点位置时，再减速缓慢靠近终点，以保证定位精度。

采用点位控制的机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床和数控测量机等。

2.直线控制数控机床

直线控制数控机床不仅要控制点的准确定位，而且要控制刀具（或工作台）以一定的速度沿与坐标轴平行的方向进行切削加工。机床应具有主轴转速的选择与控制、切削速度与刀具的选择及循环进给加工等辅助功能。这种机床常用于简易数控车床、数控镗铣床等。

3.轮廓控制数控机床

轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。其数控装置一般要求具有直线和圆弧插补功能、主轴转速控制功能及较齐全的辅助功能。这类机床常用于加工曲面、凸轮及叶片等复杂形状的零件。

轮廓控制数控机床有数控铣床、车床、磨床和加工中心等。

1.3.3 按所用进给伺服系统的类型分类

1.开环数控机床

开环数控机床采用开环进给伺服系统。开环控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机，如图1-2 所示。数控系统每发出一个进给指令脉冲，经驱动电路功率放大后，驱动步进电动机旋转一个角度，再经传动机构带动工作台移动。这类系统信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制。

开环控制系统的优点是结构较简单、成本较低、技术容易掌握。但是，由于受步进电动机的步距精度和传动机构的传动精度的影响，难以实现高精度的位置控制，进给速度也受步进电动机工作频率的限制。因此开环数控机床一般适用于中、小型控制系统的经济型数控机床，特别适用于旧机床改造的简易数控机床。

2.闭环数控机床

闭环数控机床的进给伺服系统是按闭环控制原理工作的。闭环控制系统如图l-3所示。这类控制系统带有直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移量进行检测。伺服驱动部件通常采用直流伺服电动机和交流伺服电动机。图中的A为速度测量元件，C为位置测量元件。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过A将速度反馈信号送到速度控制电路，通过C将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值进行比较，用比较后得出的差值进行位置控制，直到差值为零时为止。这类控制系统，因为把机床工作台纳入了控制环节，所以称为闭环控制系统。该系统的优点是可以消除包括工作台传动链在内的传动误差，因而定位精度高。其缺点是由于工作台惯性大，对机床结构的刚性、传动部件的间隙及导轨副的灵敏性等都提出了严格的要求，否则会对系统稳定性带来不利的影响。同时，调试和维修都较困难，系统复杂，成本高，一般适用于精度要求高的数控机床，如数控精密镗铣床。

3.半闭环数控机床

半闭环控制系统如图1-4所示。这类控制系统与闭环控制系统的区别在于它采用了角位移检测元件，检测反馈信号不是来自工作台，而是来自与电动机相联系的角位移检测元件B。通过测速发电机A和光电编码盘（或旋转变压器）B间接检测出伺服电动机的转角，进而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用其差值来实现控制。从图1-4中可以看出，由于工作台没有包括在控制回路中，因而称之为半闭环控制。这类控制系统的伺服驱动部件通常采用宽调速直流伺服电动机，目前已将角位移检测元件与电动机设计成一个整体，系统结构简单、调试方便。半闭环控制系统的性能介于开环控制系统与闭环控制系统之间，其精度没有闭环控制系统高，调试却比闭环控制系统方便，因而得到广泛应用。

1.3.4 按所用数控装置类型分类

1）硬件式数控机床 硬件式数控机床（NC机床）使用硬件式数控装置，它的输入、插补运算和控制功能都由专用的固定组合逻辑电路来实现，不同功能的机床，其组合逻辑电路也不相同。改变或增/减控制、运算功能时，需要改变数控装置的硬件电路。因此其通用性、灵活性差，制造周期长，成本高。20世纪70年代初期以前的数控机床基本上都属于这种类型。现代数控机床已不再采用硬件式数控系统。

2）软件式数控机床 这类机床使用计算机数控装置（CNC）。这种数控装置的硬件电路是由小型或微型计算机再加上通用或专用的大规模集成电路制成的。数控机床的主要功能几乎全部由系统软件来实现，所以不同功能的机床其系统软件也不同，而修改或增/减系统功能时，不需改变硬件电路，只需改变系统软件即可，因此它具有较高的灵活性。同时，由于硬件电路基本是通用的，这就有利于大量生产，提高质量和可靠性，缩短制造周期和降低成本。20世纪70年代中期以后，随着微电子技术的发展和微型计算机的出现，以及集成电路的集成度不断提高，计算机数控装置才得到不断的发展和提高，目前几乎所有的数控机床都采用了计算机数控装置。

1.3.5 按数控装置的功能水平分类

按数控装置的功能水平通常把数控机床分为低、中、高档3类。这种分类方式在我国用得较多。低、中、高3档的界限是相对的，不同时期的划分标准也不尽不同。就目前的发展水平来看，可以根据表1-1中所列的一些功能及指标，将各种类型的数控产品分为低、中、高档3类。其中，高、中档一般称为全功能数控或标准型数控。在我国还有经济型数控的提法。经济型数控属于低档数控，是指由单板机、单片机和步进电动机组成的数控系统，以及其他功能简单、价格低的数控系统。经济型数控装置主要用于车床、线切割机床及旧机床改造等。