数控机床素有装备制造业“母机”之称技术

数控机床的分类有多种方式。

（1）按机床数控运动轨迹划分

●点位控制数控机床：指在刀具运动时，只控制刀具相对于工件位移的准确性，不考虑两点间的路径，如数控钻床。

●点位直线控制数控机床：在点位控制的基础上，还要保证运动一条直线，且刀具在运动过程中还要进行切削加工。

●轮廓控制数控机床：能对两个或更多的坐标运动进行控制（多坐标联动），刀具运动轨迹可为空间曲线。在模具行业中这类机床应用最多，如三坐标以上的数控铣或加工中心。

（2）按伺服系统控制方式划分

●开环控制机床：价格低廉，精度及稳定性差。

●半闭环控制数控机床：精度及稳定性较高，价格适中，应用最普及。

●闭环控制数控机床：精度高，稳定性难以控制，价格高。

（3）按联动坐标轴数划分

●两轴联动数控机床。

X、Y、Z三轴中任意两轴作插补联动，第三轴作单独的周期进刀，常称2.5轴联动。如图1所示，将X向分成若干段，圆头铣刀沿YZ面所截的曲线进行铣削，每一段加工完后进给ΔX，再加工另一相邻曲线，如此依次切削即可加工出整个曲面，故称为行切法。根据表面光洁度及刀头不干涉相邻表面的原则选取ΔX。行切法加工所用的刀具通常是球刀铣头（即指状铣刀）。用这种刀具加工曲面，不易干涉相邻表面，计算比较简单。球状铣刀的刀头半径应选得大一些，有利于提高加工光洁度、增加刀具刚度、散热等。但刀头半径应小于曲面的最小曲率半径。

图1

用球头铣刀加工曲面时，总是用刀心轨迹的数据进行编程。图2所示为二轴联动三坐标行切法加工的刀心轨迹与切削点轨迹示意图。ABCD为被加工曲面，P平面为平行于YZ做表面的一个平行面，其刀心轨迹O1O2为曲面ABCD的等距面IJKL与行切面Pyz的交线，显然，O1O2是一条平面曲线。在这种情况下，曲面的曲率变化时会导致球头刀与曲面切削点的位置亦随之改变，而切削点的连线ab是一条空间曲线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。由于2.5轴坐标加工的刀心轨迹为平面曲线，故编程计算较为简单，数控逻辑装置也不复杂，常用于曲率变化不大以及精度要求不高的粗加工。

图2

●三轴联动数控机床。

X、Y、Z三轴可同时插补联动。用三坐标联动加工曲面时，通常亦用行切方法。如图3所示，三轴联动的数控刀轨可以是平面曲线或者空间曲线。三坐标联动加工常用于复杂曲面的精确加工（如精密锻模）。但编程计算较为复杂，所用的数控装置还必须具备三轴联动功能。

图3

●四轴联动数控机床。

除了X、Y、Z三轴平动之外，还有工作台或者刀具的转动。如图4所示，侧面为直纹扭曲面。若在三坐标联动的机床上用圆头铣刀按行切法加工时，不但生产率低，而且光洁度差。为此，采用圆柱铣刀周边切削，并用四坐标铣床加工，即除三个直角坐标运动外，为保证刀具与工件型面在全长始终贴合，刀具还应绕O1（或O2）作摆角联动。由于摆角运动，导致直角坐标系（图中Y）需作附加运动，其编程计算较为复杂。

图4

●五轴联动数控机床。

除了X、Y、Z三轴的平动外还有刀具旋转、工作台的旋转。螺旋桨是五坐标加工的典型零件之一，其叶片形状及加工原理如图5所示。在半径为Ri的圆柱面上与叶面的交线AB为螺旋线的一部分，螺旋角为φi，叶片的径向叶型线（轴向剖面）EF的倾角α为后倾角。螺旋线AB用极坐标加工方法并以折线段逼近。逼近线段mn是由C坐标旋转Δθ与Z坐标位移ΔZ的合成。当AB加工完后，刀具径向位移ΔX（改变Ri），再加工相邻的另一条叶型线，依次逐一加工，即可形成整个叶面。由于叶面的曲率半径较大，所以常用端面铣刀加工，以提高生产率并简化程序。因此，为保证铣刀端面始终与曲面贴合，铣刀还应作坐标A和坐标B形成θt和αt的摆角运动，在摆角的同时，还应作直角坐标的附加运动，以保证铣刀端面中心始终处于编程值位置上，所以需要Z、C、X、A、B五坐标加工。这种加工的编程计算相当复杂。

图5

●加工中心。

它是在数控铣床上配置刀库，其中存放着不同数量的各种刀具或检具，在加工过程中由程序自动选用和更换，从而将铣削、镗削、钻削、攻螺纹等功能集中在一台设备上完成，使其具有多种工艺手段。

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