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【摘 要】 本文集中论述了数控机床的主要应用特点与分类，并对数控加工中心做了较为详细的介绍，通过本文我们知道数控机床是由程序介质、数控装置、伺服系统、机床主体等部分组成。数控机床是采用数字控制技术对机床各移动部件的相对运动进行控制的机床，它是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。数控机床综合了计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术等多门类的现代科学技术。与普通加工设备相比，数控机床具备了许多独特优点。
【关键词】 数控机床;自动控制技术;伺服系统;加工中心;驱动;程序;换刀;精度;轨迹;反馈;补偿;轮廓
从第一台数控机床问世以来的60多年中，随着微电子技术、自动控制技术和精密测量技术等的发展，数控技术得到了迅速的发展，数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，在现代化工业生产中，数控机床是新型的自动化机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。数控机床是实现柔性自动化最重要的环节，是发展柔性生产的基础。数控机床具有以下优缺点;
数控机床的优点：
（1）加工生产率高。数控机床能缩短生产准备时间、缩短切削加工时间。每道工序、工步、走刀都采用最佳切削参数和最佳走刀路线，缩短加工时间，从而提高生产率。
（2）数控机床可以提高零件的加工精度，稳定产品质量。由于它是按照程序自动加工不需要人工干预，其加工精度还可以利用软件进行校正及补偿，故可以获得比机床本身精度还要高的加工精度和重复精度。
（3）有广泛的适应性和较大的灵活性。通过改变程序，就可以加工新产品的零件，能够完成很多普通机床难以完成或者根本不能加工的复杂型面零件的加工。
（4）可以实现一机多用。一些数控机床，例如加工中心，可以自动换刀。一次装卡后，几乎能完成零件的全部加工部位的加工，节省了设备和厂房面积。
（5）可以进行精确的成本计算和生产进度安排，减少在制品，加速资金周转，提高经济效益。
（6）不需要专用夹具。采用普通的通用夹具就能满足数控加工的要求，节省了专用夹具设计制造和存放的费用。
（7）大大减轻了工人的劳动强度。数控机床是具有广泛的通用性又具有很高自动化程度的机床。数控机床加工零件是通过操作者调用事先编制好的程序来自动进行的，操作者一般除了对刀、操作面板、装卸工件、关键工序的中间测量以及观察机床的运行外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度和紧张程度大大减轻。
数控机床的缺点是：
数控机床的初始投资及技术维修等费用较高、数控机床在加工运行时难以人工干预与调整、要求管理及操作人员的素质也较高、对于大批大量的产品加工方面，从投资和加工效率方面还是不如各种专用机床及其生产线。所以，合理地选择及使用数控机床，可以降低企业的生产成本，提高经济效益和竞争能力。
目前，数控机床品种规格众多，可从不同角度和按照多种原则进行分类。
一、按机械运动轨迹分类：
1.点位控制数控机床。这类数控机床的特点是要求保证点与点之间的准确定位。它只能控制行程的终点坐标值，对于两点之间的运动轨迹不作严格要求。此类数控机床有数控钻床、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机等。
2.直线控制数控机床。这类数控机床的特点是不仅要控制行程的终点坐标值，还要保证在两点之间机床的刀具走的是一条直线，而且在走直线的过程中往往要进行切削。此类数控机床有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控镗床等。
3.轮廓控制数控机床。这类数控机床的特点是不仅要控制行程的终点坐标值，还要保证两点之间的轨迹要按一定的曲线进行。即这种系统必须能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动进行严格的连续控制。
二、按伺服系统的类型分类：
1.开环伺服系统数控机床。这类机床没有来自位置传感器的反馈信号，数控系统将零件程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动。这类机床适于精度要求不高的中小型机床，多用于对旧机床的数控化改造。
2.闭环伺服系统数控机床。这类机床上装有位置检测装置，直接对工作台的位移量进行测量。主要用于一些精度要求很高的镗铣床、超精密车床、超精密铣床、加工中心等。
3.半闭环伺服系统数控机床。这类数控機床采用安装在进给丝杠或电动机端头上的转角测量元件测量丝杠旋转角度，来间接获得位置反馈信息。大多数数控机床采用半闭环伺服系统，如数控车床、数控铣床、加工中心等。
三、按工艺用途分类：
1.金属切削类数控机床。这类机床和传统的通用机床品种一样，有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗床以及加工中心。
2.金属成型类数控机床。如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。
3.数控特种加工及其他类型数控机床。如数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床、数控火焰切割机床等。
下面以工厂中用途广泛很有代表性的数控加工中心为例，介绍一下数控机床的特点及应用，数控加工中心是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床，它是综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、气动技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高技术产品，它将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能聚集在一台加工设备上，且增设有自动换刀装置和刀库，可在一次安装工件后，数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能;依次完成多面和多工序加工如：端平面、孔系、内外倒角、环形槽、曲面及攻螺纹等加工。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，数控加工中心与普通机床相比可提高生产效率3～5倍。对于复杂成形面的加工，生产效率可提高10倍，甚至几十倍。所以说，加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。 数控加工中心主要包括以下一些主要结构和系统：
（1）基础部件。由床身、立柱和工作台等大件组成，是加工中心的基础构件，它们可以是铸铁件，也可以是焊接钢结构件。基础部件的总体刚性直接影响机床的精度稳定性‘
（2）主轴组件。它由主轴箱、主轴电机、主轴和主轴轴承等零件组成。其启动、停止和转动等动作均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。主轴要有高的运转精度，长时间的精度保持性和稳定性。
（3）控制系统。数控系统（CNC装置）是数控机床的控制核心，一般是一台专用的计算机。数控系统是由加工指令程序、计算机控制装置、可编程逻辑控制器、主轴进给驱动装置、速度控制单元及位置检测装置等组成，其核心部分是计算机控制装置。计算机控制装置由硬件和软件两部分组成。硬件的主体是計算机，包括中央处理器、输入输出部分和位置控制部分。软件有管理软件和控制软件。
（4）伺服系统。伺服系统的功能是把来自数控装置的信号转换为机床移动部件的运动，伺服系统的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床的加工速度、精度和表面粗糙度的重要因素之一。加工中心普遍采用半闭环、闭环和半闭环三种控制方式。
（5）自动换刀装置。它由刀库、机械手和驱动机构等部件组成。刀库是存放加工过程所使用的全部刀具的装置。刀库有盘式、转塔式和链式等多种形式。转塔式刚性较差并且刀库容量小;盘式刀库结构紧凑简单，但刀具单环排列，空间利用率低;链式刀库在容量要求大时（可以扩展刀库容量）应用广泛。从刀库取刀一般由机械手将刀具从刀库取出装入主轴中，机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置及结构的不同也有多种形式，如单臂式、双臂式、回转式和轨道式等等。有的加工中心不用机械手而利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。
（6）辅助系统。包括润滑、冷却、排屑、防护、液压和随机检测系统、自动装卸工件机构等部分。辅助系统虽不直接参加切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此，也是加工中心不可缺少的部分。
以上简述就是数控加工中心的大概结构特点。可以说，数控加工中心是众多不同品种不同规格数控机床大家族的一个缩影，从中我们可以看出，加工中心是现代机电一体化技术的集合体，是普通机床与人工智能的高度结合体，体现了极大的科学技术进步。
综上所述，我们看到数控机床是具有诸多优点的现代加工机械，是极大提高劳动生产率、极大提高产品质量、极大减轻劳动者体力的自动化生产工具，在未来科学技术的不断发展下，我们可以预想，数控机床还会不断有新的令人期待的发展。
参考文献：
1.《数控机床技术》主编杜国臣、王士军.北京大学出版社.中国林业出版社
2.《数控机床与编程》主编张洪江，侯书林.北京大学出版社
【关键词】 数控机床;自动控制技术;伺服系统;加工中心;驱动;程序;换刀;精度;轨迹;反馈;补偿;轮廓
从第一台数控机床问世以来的60多年中，随着微电子技术、自动控制技术和精密测量技术等的发展，数控技术得到了迅速的发展，数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，在现代化工业生产中，数控机床是新型的自动化机床，它具有广泛通用性和很高的自动化程度。数控机床是实现柔性自动化最重要的环节，是发展柔性生产的基础。数控机床具有以下优缺点;
数控机床的优点：
（1）加工生产率高。数控机床能缩短生产准备时间、缩短切削加工时间。每道工序、工步、走刀都采用最佳切削参数和最佳走刀路线，缩短加工时间，从而提高生产率。
（2）数控机床可以提高零件的加工精度，稳定产品质量。由于它是按照程序自动加工不需要人工干预，其加工精度还可以利用软件进行校正及补偿，故可以获得比机床本身精度还要高的加工精度和重复精度。
（3）有广泛的适应性和较大的灵活性。通过改变程序，就可以加工新产品的零件，能够完成很多普通机床难以完成或者根本不能加工的复杂型面零件的加工。
（4）可以实现一机多用。一些数控机床，例如加工中心，可以自动换刀。一次装卡后，几乎能完成零件的全部加工部位的加工，节省了设备和厂房面积。
（5）可以进行精确的成本计算和生产进度安排，减少在制品，加速资金周转，提高经济效益。
（6）不需要专用夹具。采用普通的通用夹具就能满足数控加工的要求，节省了专用夹具设计制造和存放的费用。
（7）大大减轻了工人的劳动强度。数控机床是具有广泛的通用性又具有很高自动化程度的机床。数控机床加工零件是通过操作者调用事先编制好的程序来自动进行的，操作者一般除了对刀、操作面板、装卸工件、关键工序的中间测量以及观察机床的运行外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度和紧张程度大大减轻。
数控机床的缺点是：
数控机床的初始投资及技术维修等费用较高、数控机床在加工运行时难以人工干预与调整、要求管理及操作人员的素质也较高、对于大批大量的产品加工方面，从投资和加工效率方面还是不如各种专用机床及其生产线。所以，合理地选择及使用数控机床，可以降低企业的生产成本，提高经济效益和竞争能力。
目前，数控机床品种规格众多，可从不同角度和按照多种原则进行分类。
一、按机械运动轨迹分类：
1.点位控制数控机床。这类数控机床的特点是要求保证点与点之间的准确定位。它只能控制行程的终点坐标值，对于两点之间的运动轨迹不作严格要求。此类数控机床有数控钻床、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机等。
2.直线控制数控机床。这类数控机床的特点是不仅要控制行程的终点坐标值，还要保证在两点之间机床的刀具走的是一条直线，而且在走直线的过程中往往要进行切削。此类数控机床有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控镗床等。
3.轮廓控制数控机床。这类数控机床的特点是不仅要控制行程的终点坐标值，还要保证两点之间的轨迹要按一定的曲线进行。即这种系统必须能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动进行严格的连续控制。
二、按伺服系统的类型分类：
1.开环伺服系统数控机床。这类机床没有来自位置传感器的反馈信号，数控系统将零件程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动。这类机床适于精度要求不高的中小型机床，多用于对旧机床的数控化改造。
2.闭环伺服系统数控机床。这类机床上装有位置检测装置，直接对工作台的位移量进行测量。主要用于一些精度要求很高的镗铣床、超精密车床、超精密铣床、加工中心等。
3.半闭环伺服系统数控机床。这类数控機床采用安装在进给丝杠或电动机端头上的转角测量元件测量丝杠旋转角度，来间接获得位置反馈信息。大多数数控机床采用半闭环伺服系统，如数控车床、数控铣床、加工中心等。
三、按工艺用途分类：
1.金属切削类数控机床。这类机床和传统的通用机床品种一样，有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗床以及加工中心。
2.金属成型类数控机床。如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。
3.数控特种加工及其他类型数控机床。如数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床、数控火焰切割机床等。
下面以工厂中用途广泛很有代表性的数控加工中心为例，介绍一下数控机床的特点及应用，数控加工中心是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床，它是综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、气动技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高技术产品，它将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能聚集在一台加工设备上，且增设有自动换刀装置和刀库，可在一次安装工件后，数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能;依次完成多面和多工序加工如：端平面、孔系、内外倒角、环形槽、曲面及攻螺纹等加工。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，数控加工中心与普通机床相比可提高生产效率3～5倍。对于复杂成形面的加工，生产效率可提高10倍，甚至几十倍。所以说，加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。 数控加工中心主要包括以下一些主要结构和系统：
（1）基础部件。由床身、立柱和工作台等大件组成，是加工中心的基础构件，它们可以是铸铁件，也可以是焊接钢结构件。基础部件的总体刚性直接影响机床的精度稳定性‘
（2）主轴组件。它由主轴箱、主轴电机、主轴和主轴轴承等零件组成。其启动、停止和转动等动作均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。主轴要有高的运转精度，长时间的精度保持性和稳定性。
（3）控制系统。数控系统（CNC装置）是数控机床的控制核心，一般是一台专用的计算机。数控系统是由加工指令程序、计算机控制装置、可编程逻辑控制器、主轴进给驱动装置、速度控制单元及位置检测装置等组成，其核心部分是计算机控制装置。计算机控制装置由硬件和软件两部分组成。硬件的主体是計算机，包括中央处理器、输入输出部分和位置控制部分。软件有管理软件和控制软件。
（4）伺服系统。伺服系统的功能是把来自数控装置的信号转换为机床移动部件的运动，伺服系统的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床的加工速度、精度和表面粗糙度的重要因素之一。加工中心普遍采用半闭环、闭环和半闭环三种控制方式。
（5）自动换刀装置。它由刀库、机械手和驱动机构等部件组成。刀库是存放加工过程所使用的全部刀具的装置。刀库有盘式、转塔式和链式等多种形式。转塔式刚性较差并且刀库容量小;盘式刀库结构紧凑简单，但刀具单环排列，空间利用率低;链式刀库在容量要求大时（可以扩展刀库容量）应用广泛。从刀库取刀一般由机械手将刀具从刀库取出装入主轴中，机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置及结构的不同也有多种形式，如单臂式、双臂式、回转式和轨道式等等。有的加工中心不用机械手而利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。
（6）辅助系统。包括润滑、冷却、排屑、防护、液压和随机检测系统、自动装卸工件机构等部分。辅助系统虽不直接参加切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此，也是加工中心不可缺少的部分。
以上简述就是数控加工中心的大概结构特点。可以说，数控加工中心是众多不同品种不同规格数控机床大家族的一个缩影，从中我们可以看出，加工中心是现代机电一体化技术的集合体，是普通机床与人工智能的高度结合体，体现了极大的科学技术进步。
综上所述，我们看到数控机床是具有诸多优点的现代加工机械，是极大提高劳动生产率、极大提高产品质量、极大减轻劳动者体力的自动化生产工具，在未来科学技术的不断发展下，我们可以预想，数控机床还会不断有新的令人期待的发展。
参考文献：
1.《数控机床技术》主编杜国臣、王士军.北京大学出版社.中国林业出版社
2.《数控机床与编程》主编张洪江，侯书林.北京大学出版社