1.2　現代數控機床

1.2.1　常用產品及特點

數控機床是數控系統的主要控制對象，數控系統的功能選擇、PMC程序設計等都必須根據數控機床的控制要求進行，了解數控機床是掌握數控PMC技術的基礎。

（1）常用數控機床

數控機床是一個廣義上的概念，凡是采用數控技術的機床都稱為數控機床（NC機床或CNC機床），數控機床不僅包括車、銑、鉆、磨等金屬切削機床，而且包括激光加工、電加工、成型加工等所有機床類產品。

機床控制是數控技術應用最早、最廣泛的領域，數控機床的水平代表了當前數控技術的性能、水平和發展方向。數控機床是一種綜合應用了計算機技術、自動控制技術、精密測量技術和機床設計等先進技術的典型機電一體化產品，它是現代制造技術的基礎，也是衡量一個國家制造技術水平和國家綜合實力的重要標志。

在工業企業中，車削、鏜銑類金屬切削機床的用量最大，因此，它們是數控技術應用最廣泛的領域和現代數控機床的標志性產品，數控系統功能通常也按車削加工（turning）、銑削加工（milling）分為T、M兩大類產品。

車削類機床如圖1.2.1（a）所示。車削以工件旋轉作為切削主運動，最適合軸類、盤類零件的加工，與此類似的還有內外圓磨削類機床等。根據機床的結構和功能，現代車削類數控機床一般有數控車床、車削中心、車銑復合加工中心、車削FMC等。用于車削類機床控制的T類數控系統至少需要有軸向（Z）和徑向（X）兩個NC軸及主軸的控制功能。

鏜銑類機床如圖1.2.1（b）所示。鏜銑（包括鉆、攻螺紋等）通過刀具旋轉和空間運動實現切削，可用于法蘭、箱體等各種形狀零件的加工，與此類似的機床有齒輪加工類、工具磨削類等。根據機床的結構和功能，現代鏜銑類數控機床一般有數控銑床、數控鏜銑床、加工中心、銑車復合加工中心、FMC等。用于鏜銑類機床控制的M類數控系統，至少需要有X/Y/Z三個基本坐標軸的控制功能。

隨著制造技術的進步，高精度、高效的五軸加工、復合加工機床及FMC等先進數控設備日益普及，數控系統也在不斷向高性能、高速化、復合化、網絡化方向發展。例如，在車削類數控系統上，研發、補充了車銑復合加工機床所需要的多坐標軸、多主軸控制及主軸插補（Cs軸控制）等功能；在銑削類數控系統上，則研發、補充了五軸加工、車銑復合加工所需要的五軸聯動、多主軸控制、車削主軸控制功能等功能，數控系統的性能正在日益完善和提高，T系列和M系列產品的功能也在逐步融合。

（2）數控機床的特點

數控機床與普通機床比較，具有以下基本特點。

①精度高。機床采用數控后，由于以下原因，使得機床定位精度和加工精度一般都要高于傳統的普通機床。

第一，脈沖當量小。數控裝置輸出的指令脈沖當量是機床的最小位移量，這一值越小，機床可達到的定位精度也就越高。數控機床的脈沖當量一般都在0.001mm及以下，這樣的微量運動，在手動操作或液壓、氣動控制的普通機床上，通常很難把握和達到，因此，在同等條件下，采用數控后，機床能比手動操作更精密地定位和加工。

第二，誤差自動補償。數控系統具有間隙、螺距誤差自動補償功能，機床機械傳動系統的反向間隙、滾珠絲杠的螺距加工誤差等固定誤差，均可通過數控裝置對指令脈沖數量的修整進行自動補償。例如，如坐標軸在反向運動時，機械傳動系統存在0.02mm的間隙，對于脈沖當量為0.001mm的數控裝置，可在坐標軸改變運動方向時，自動增加20個指令脈沖，補償傳動系統反向間隙產生的誤差等。因此，理論上說，只要是固定誤差，數控機床都可以自動補償和消除。

第三，結構剛性好。數控機床的進給系統普遍采用滾珠絲杠、直線導軌等高效、低摩擦傳動部件，機械傳動系統結構簡單、傳動鏈短、傳動間隙小、部件剛性好，因此，從結構上說，機床本身就比普通機床具有更高的剛度、精度和穩定性。

第四，操作誤差小。數控機床可通過一次裝夾，完成多工序的加工，與普通機床操作比較，可以減少由于零件的裝夾所產生的人為誤差，零件加工的尺寸一致性好、加工質量穩定、產品合格率高。

②柔性強。機床采用數控后，只需改變加工程序，就能進行不同零件的加工，因此，可靈活適應不同的加工需要，為多品種小批量零件加工、新產品試制提供極大的便利。此外，數控機床還可實現任意曲線、曲面的加工，完成普通機床無法完成的復雜零件加工，適用面更廣，柔性更強。

③生產效率高。數控機床的加工效率主要體現在以下幾個方面。

第一，結構剛性好，加工參數可變。數控機床本身的結構剛性通常要高于同規格的普通機床，其切削用量可比普通機床更高；另外，由于數控機床的切削速度、進給量等加工參數可任意調整，因此每一工序的加工都可選擇最合適的切削用量，從而提高加工效率和零件加工質量。

第二，高速性能好。數控機床的移動速度、主軸轉速均大大高于手動操作或液壓、氣動控制的普通機床，數控機床的快速移動通常都可達到15m/min以上，高速加工機床甚至可超過100m/min，加工定位的時間非常短，輔助運動時間比普通機床要小得多；此外，數控機床的主軸最高轉速通常都在同類普通機床的2倍以上，高速加工機床甚至可達每分鐘數萬轉，因此，可使用高速加工工藝和刀具，進行高效加工。

第三，加工輔助時間短。數控機床的多工序加工可一次裝夾完成，更換同類零件時無需對機床進行任何調整。此外，數控機床可通過程序進行快速、精確定位，無需進行劃線、預沖中心孔等輔助操作；所加工零件也具有一致的尺寸、穩定的質量，無需一一檢測；因此，可大大節省加工前后的輔助時間。

④有利于現代化管理。數控機床是一種自動化加工設備，可聯網、可無人化運行，零件的加工時間、加工費用可準確預計，因此，它可以方便地納入工廠自動化、信息化管理網，為制造業的自動化、信息化管理提供便利。

1.2.2　車削加工數控機床

車削加工機床是工業企業最常用的設備，它具有適用面廣、結構簡單、操作方便、維修容易等特點，可用于軸類、盤類等回轉體零件的外圓、端面、中心孔、螺紋等的車削加工。從結構布局上，工業企業常用的數控車削加工機床有臥式數控車床、立式數控車床兩大類，臥式數控車床的用量最大。

臥式數控車床的主軸軸線為水平布置，它是所有數控機床中結構最簡單、產量最大、使用最廣泛的機床。根據機床性能和水平，目前企業使用的車削類數控機床主要有普及型、全功能數控車床及車削中心、車銑復合加工中心、車削FMC等高效、自動化車削加工機床，基本情況如下。

（1）普及型數控車床

國產普及型數控車床是在普通車床基礎上演變成的簡易數控產品，其主要部件結構、外形、主要技術參數與普通車床相似。

中小規格臥式普及型數控車床如圖1.2.2所示，這種機床只是根據數控的要求，對普通車床的相關部件作了局部改進，機床的床身、主軸箱、尾座、拖板等大件及液壓、冷卻、照明、潤滑等輔助裝置與普通車床并無太大的區別。

普及型數控車床的主電機一般采用變頻調速，由于變頻器調速的低頻輸出轉矩很小，故仍需要通過機械齒輪變速提高主軸低速轉矩，但其變速擋可以少于普通車床，主軸箱的結構也相對較簡單。機床一般用圖1.2.2（b）所示的電動刀架代替普通車床的手動刀架，以增加自動換刀功能，提高自動化程度。

普及型數控車床的結構簡單、價格低廉、維修容易，可用于簡單零件的自動加工，但由于數控系統大多采用國產系統，功能簡單，數控裝置還不具備閉環位置控制功能，因此，加工精度特別是輪廓加工精度、效率都與全功能型數控車床存在很大的差距，此類機床不能用于高速、高精度加工。

（2）全功能數控車床

全功能數控車床是真正意義上的數控車床，它需要配套進口全功能數控系統，具備閉環位置控制功能，可用于高精度輪廓加工。中小規格臥式全功能數控車床圖1.2.3所示。

全功能數控車床的結構和布局一般都按數控機床的要求進行設計，機床多采用斜床身布局，自動刀架布置于床身的后側，主軸箱固定安裝在床身上。

全功能數控車床的主軸驅動需要采用數控生產廠家配套的交流主軸驅動裝置，主軸的調速范圍寬、低速輸出轉矩大、最高轉速高，此外，還具備主軸定向、定位等簡單位置控制功能；在高速、高精度數控車床上，還經常使用高速主軸單元、電主軸等先進功能部件，主軸的轉速和精度等指標遠遠高于普及型數控車床。

全功能數控車床一般采用圖1.2.3（b）所示的液壓刀架自動換刀，刀架的結構剛性、刀具容量、回轉精度、換刀速度也大大高于電動刀架。

全功能數控車床具有數控機床高速、高效、高精度的基本技術特點，其輔助裝置比普及型數控車床更先進、更完善，其卡盤、尾座通常都需要采用液壓自動控制，此外，機床還需要配備高壓、大容量自動冷卻系統以及自動潤滑、自動排屑等輔助系統，因此，通常需要有全封閉的安全防護罩。

（3）車削中心

車削中心（turning center）是在全功能數控車床的基礎上發展起來的，可用于回轉體零件表面銑削和孔加工的車削類數控機床。車削中心是最早出現的車銑復合加工機床，產品以臥式為常見。

車削中心的典型產品如圖1.2.4所示，其外形與全功能數控車床類似，但內部結構與性能與全功能數控車床有較大的區別。主軸具有Cs軸控制功能，刀架上可安裝用于鉆、鏜、銑加工用的動力刀具（live tool），刀具可以進行垂直方向的Y軸運動是車削中心和全功能數控車床的主要區別。

①Cs軸控制。Cs軸控制又稱主軸插補或C軸插補，由于數控機床的主軸的軸線方向規定為Z軸，繞Z軸回轉的運動軸規定為C軸，因此，這一功能被稱之為Cs輪廓控制（Cs contouring control），簡稱Cs軸控制。

車削加工機床采用的是主軸驅動工件旋轉、刀具移動進給的切削加工方法，而鉆、鏜、銑加工則是采用主軸驅動刀具旋轉、工件或刀具移動進給運動的切削加工方法，兩者的工藝特征完全不同。因此，車削中心的主軸不但需要驅動工件旋轉，進行車削加工，而且必須能夠在任意位置定位夾緊，以便進行鉆、鏜、銑加工；此外，還需要與X、Y、Z坐標軸一樣，參與插補運算，實現進給運動，完成圓柱面輪廓加工。

②動力刀具。動力刀具（live tool）是可旋轉的特殊車削刀具。普通數控車床的車削加工通過圖1.2.5（a）所示的工件旋轉實現，安裝在刀架上的刀具不能（不需要）旋轉。車削中心需要進行回轉體側面、端面的孔、輪廓加工，刀架需要安裝圖1.2.5（b）所示的能進行鉆、鏜、銑等加工的動力刀具，并通過副主軸（第二主軸）驅動刀具旋轉。

③Y軸運動。回轉體的內外圓、端面車削加工，只需要有軸向（Z軸）和徑向（X軸）進給運動，但其側面、端面的孔加工和銑削加工，除了需要軸向和徑向進給外，還需要有垂直刀具軸線的運動才能實現，因此，車削中心至少需要有X、Y、Z三個進給軸。

車削中心的刀架外形和全功能數控車床的刀架類似，但內部結構和控制要求有很大的差別。數控車床的刀架只有回轉分度和定位功能，車削中心的刀架不但需要有回轉分度和定位功能，而且需要安裝動力刀具主傳動系統，其結構較為復雜。

（4）車銑復合加工中心

車銑復合加工中心是在車削類數控機床的基礎上拓展鏜銑加工功能的復合加工機床，機床具有車床床身、車削主軸及鏜銑加工副主軸，機床以車削加工為主體、鏜銑加工為補充，可用于車削和鏜銑加工，故稱為車銑復合加工中心。

中小型車銑復合加工中心如圖1.2.6（a）所示。機床下部為臥式數控車床的斜床身和車削主軸，車削主軸同樣具有Cs軸控制功能，配備尾架、頂尖等完整的車削加工附件。機床上部的副主軸和自動換刀裝置則采用圖1.2.6（b）所示的鏜銑加工機床結構（詳見后述），車削刀具和鏜銑刀具采用統一的刀柄，刀具交換使用機械手換刀裝置。

車銑復合加工中心和車削中心的最大區別在副主軸和自動換刀裝置上。

車削中心與全功能數控車床一樣采用轉塔刀架，刀具交換通過轉塔的回轉分度實現，動力刀具及傳動系統均安裝在轉塔內部。這種結構的刀具交換動作簡單、換刀速度快，并且可直接使用傳統的車削刀具，刀具剛性好、車削能力強；但是，對于鏜銑類加工，機床存在Y軸行程小、銑削能力弱，以及副主軸傳動系統的結構復雜、傳動鏈長、主軸轉速低和剛性差等一系列不足，因此，機床的鏜銑加工能力較弱。

車銑復合加工中心的副主軸一般采用鏜銑加工機床的電機直連或電主軸驅動，副主軸結構簡單、剛性好、轉速可高達每分鐘上萬轉甚至數萬轉，并可安裝標準鏜銑加工刀具，機床的鏜銑加工能力大幅度提高。

車銑復合加工中心的副主軸可進行225°左右的大范圍擺動（B軸），以調整刀具方向、進行車削或傾斜面鏜銑加工。例如，當機床用于內外圓或端面車削加工時，主軸換上車刀后定位鎖緊，然后使B軸在0°或90°方向定位、夾緊，這樣便可通過X、Z軸運動及車削主軸（主主軸）上的工件旋轉，進行回轉體的內外圓或端面車削加工。當機床用于回轉體側面或端面鏜銑加工時，車削主軸（主主軸）切換到Cs軸控制方式，成為一個數控回轉軸，此時，便可通過副主軸上的鏜銑刀具，對安裝在車削主軸上的工件進行鉆鏜銑等加工，由于機床具有X、Y、Z、B、C共5個坐標軸，故也可用于五軸加工。

以上的車銑復合加工中心較好地解決了車削中心銑削能力不足的問題，且可用于五軸加工，但自動換刀裝置結構較復雜，傾斜床身對Y軸行程也有一定的限制，為此，大型車銑復合加工中心有時直接采用立柱移動式鏜銑機床結構（見后述），這種機床和帶A軸轉臺、主軸箱擺動的立式五軸加工中心非常類似，只是A軸采用的是車削主軸結構并具有尾架、頂尖等部件而已，這樣的車銑復合加工機床完全具備了數控車床的車削加工和鏜銑機床的鏜銑加工性能。

1.2.3　鏜銑加工數控機床

鏜銑加工數控機床的種類較多，從機床的結構布局上，可分為立式、臥式和龍門式三大類，龍門式鏜銑加工機床屬于大型設備，其使用相對較少；立式和臥式鏜銑加工機床是常用設備。根據機床性能和水平，目前市場使用的鏜銑類數控機床可分為數控鏜銑床、加工中心、銑車復合加工中心、FMC等，產品的主要特點如下。

（1）數控鏜銑床

主軸軸線垂直布置的機床稱為立式機床。根據通常的習慣，圖1.2.7（a）所示的從傳統升降臺銑床基礎上發展起來的數控鏜銑加工機床稱為數控銑床，圖1.2.7（b）所示的從傳統床身銑床基礎上發展起來的數控鏜銑加工機床稱為數控鏜銑床。

數控銑床和數控鏜銑床的性能并無本質的區別，相對而言，數控鏜銑床的孔加工能力較強，主軸的轉速和精度較高，故更適合于高速、高精度加工，但其銑削加工能力一般低于同規格的數控銑床。

主軸軸線水平布置的機床稱為臥式機床。臥式數控鏜銑床是從普通臥式鏜床基礎上發展起來的數控機床，常見的外形如圖1.2.8所示。

臥式數控鏜銑床以鏜孔加工為主要特征，主要用來加工箱體類零件側面的孔或孔系。臥式機床的布局合理、工作臺面敞開、工件裝卸方便、工作行程大，故適合于箱體、機架等大型或結構復雜零件的孔加工。臥式數控鏜銑床通常配備有回轉工作臺（B軸），可完成工件的所有側面加工，因此，相對立式鏜銑床而言，其適用范圍更廣，機床的價格也相對較高。

龍門式數控機床一般用于大型零件的鏜銑加工，它由兩側立柱和頂梁組成龍門，主軸箱安裝于龍門的頂梁或橫梁上，其典型結構如圖1.2.9所示。

龍門式數控機床的頂梁由兩側立柱對稱支撐，滑座可在頂梁上左右移動（Y軸），其Y軸行程大、工作臺完全敞開，它可以解決立式機床的主軸懸伸和工件裝卸問題。同時，由于Y軸位于頂梁（或橫梁）上，也不需要考慮切屑、冷卻水的防護等問題，工作可靠性高。龍門式機床的Z軸行程可通過改變頂梁高度調整；在橫梁移動的機床上，還可通過橫梁的升降擴大Z軸行程，提高主軸剛性，它還可以解決臥式機床所存在的主軸或刀具的前端下垂問題，其Z軸行程大，加工精度容易保證。

龍門鏜銑床的X軸運動可通過工作臺或龍門的移動實現，其最大行程可以達到數十米；Y軸行程決定于橫梁的長度和剛性，最大可達10m以上；Z軸運動可通過橫梁升降和主軸移動實現，一般可達數米；機床的加工范圍遠遠大于立式機床和臥式機床，可用于大型、特大型零件的加工。

（2）加工中心

鏜銑加工機床采用數控后，不僅實現了輪廓加工的功能，而且可通過改變加工程序改變零件的加工工藝與工序，增加了機床的柔性。但數控鏜銑床不具備自動換刀功能，因此，其加工效率相對較低。

帶有自動刀具交換裝置（automatic tool changer，簡稱ATC）的鏜銑加工機床稱為加工中心（machining center）。加工中心通過刀具的自動交換，可一次裝夾完成多工序的加工，實現了工序的集中和工藝的復合，從而縮短了輔助加工時間，提高了機床的效率，減少了零件安裝、定位次數，提高了加工精度，它是目前數控機床中產量最大、使用最廣的數控機床之一，其種類繁多、結構各異，圖1.2.10所示的立式、臥式和龍門式加工中心屬于常見的典型結構。

為了提高加工效率、縮短輔助時間，臥式加工中心經常采用圖1.2.10（b）所示的雙工作臺交換裝置，這種機床雖然也具備工件自動交換功能，但雙工作臺交換的主要作用是方便工件裝卸，并使得加工和工件裝卸能夠同步進行，以提高效率、縮短輔助加工時間，機床并不具備完整的工件輸送和交換功能，故不能稱為FMC。

（3）五軸加工中心

五軸加工中心是具有圖1.2.11所示3個直線運動軸（X、Y、Z軸）和任意2個回轉或擺動軸（A、B或C軸）的多軸數控機床，這樣的機床可始終保持刀具軸線和加工面的垂直，一次性完成諸如葉輪等復雜空間曲線、曲面的高速、高精度加工，五軸加工中心是代表當前數控機床性能水平的典型產品之一。

立式鏜銑加工機床的主軸位于工作臺上方，主軸周邊的空間大，通常無機械部件干涉，因此，五軸加工中心多為立式布局。

立式加工中心的五軸加工可通過多種方式實現，工件回轉式、主軸擺動式和混合回轉式是五軸加工中心的基本結構。

①工件回轉式。工件回轉式是通過工件回轉改變加工面方向，使刀具軸線和加工面保持垂直的五軸加工方式，工件回轉有圖1.2.12所示的兩種實現方式。

圖1.2.12（a）是在三軸立式加工中心的水平工作臺上安裝雙軸數控回轉工作臺，實現五軸加工的結構形式。雙軸回轉工作臺目前已有專業生產廠家標準化生產，轉臺一般為C軸回轉、A軸擺動的結構，A軸擺動范圍通常為120°～180°。

利用雙軸轉臺的五軸加工實現容易、使用靈活、工作臺回轉速度快、定位精度高，而且不受機床結構形式的限制，也無需改變原機床結構，故適合標準化、模塊化生產；但是，其C軸回轉半徑通常較小，轉臺結構層次多、剛性較差，此外，轉臺的安裝也將影響Z軸行程和工件裝卸高度，因此，較適合用于小型葉輪、端蓋、泵體等零件的五軸加工，而不適用于葉片、機架等長構件的加工。

圖1.2.12（b）為工作臺直接回轉式結構，這種數控機床專門為五軸加工設計，工作臺本身可進行C軸回轉、B軸擺動運動，B軸的擺動范圍通常在120°左右。

工作臺直接回轉的五軸加工機床的C軸回轉半徑大、結構剛性好、定位精度高、回轉速度快，可用于大規格葉輪、端蓋及箱體類零件的五軸加工；但是，其X向行程較小，故同樣不適合用于葉片、機架等長構件的加工。

②主軸擺動式。主軸擺動式是通過主軸的回轉與擺動改變刀具方向，使刀具軸線和加工面保持垂直的五軸加工方式。主軸擺動式五軸加工可通過安裝圖1.2.13所示的雙軸回轉頭來實現，雙軸回轉頭一般為C軸回轉、B軸擺動結構，B軸擺動范圍為180°左右。

主軸擺動式五軸加工中心機床的結構簡單、實現方便、機床加工范圍大，并可用于任何立式數控鏜銑機床，但是，雙軸回轉頭的主軸傳動系統設計較為復雜，因此，大多數情況都采用電主軸直接驅動主軸，這樣的機床主軸轉速高，但輸出轉矩小、主軸剛性差，通常只能用于輕合金零件的高速加工。

③混合回轉式。混合回轉式是通過圖1.2.14所示的主軸擺動和工件回轉來調整刀具方向，使刀具軸線和加工面保持垂直的五軸加工方式，主軸箱整體可進行B軸擺動，工件可進行A軸回轉，B軸擺動范圍可超過180°。

混合回轉的五軸加工中心綜合了工件回轉、主軸擺動的優點，解決了主軸擺動式機床主軸剛性差、輸出轉矩小以及工件回轉式機床加工范圍小的缺點；機床結構剛性好、加工范圍大、工作臺承載能力強，故可以用于大型箱體、模具、葉片、機架等長構件的五軸加工，但是，其主軸箱擺動速度、精度低于工件回轉、主軸擺動式機床，因此，通常用于大型零件的五軸加工。

（4）銑車復合加工中心

銑車復合加工中心是在鏜銑類數控機床的基礎上拓展車削加工功能的復合加工機床，機床具有鏜銑床床身、鏜銑主軸及車削加工副主軸，以鏜銑加工為主體、車削加工為補充，可用于鏜銑和車削加工，故稱為銑車復合加工中心。

銑車復合加工中心采用立式或龍門式結構，機床的車削副主軸布置一般有如圖1.2.15所示的2種。

圖1.2.15（a）是以A軸為車削副主軸的銑車復合加工中心，機床的基本結構與混合回轉式五軸加工機床相同，但是，其工件回轉軸A通常采用高轉速、大轉矩內置力矩電機（builtin torque motor）或直驅電機（direct drive motor）直接驅動，可作為車削加工副主軸使用。由于機床較適合用于細長軸類零件（棒料）的銑車復合加工，故又稱棒料加工中心。棒料加工中心通常還帶平行X軸的輔助運動軸U（第6軸），通過U軸來實現車床尾架、夾持器等車削加工輔助部件運動。

棒料加工中心用于鏜銑類加工時，A軸切換為伺服控制模式，成為圖1.2.16（a）所示的工件回轉和切削進給數控回轉軸，U軸可安裝頂尖或夾具，機床成了一臺混合回轉式五軸加工機床，可進行軸類零件的五軸加工。

棒料加工中心用于車削加工時，A軸切換為速度控制模式，成為車削副主軸，U軸可安裝尾架、夾持器，主軸安裝車刀夾緊后，便可像臥式數控車床那樣，對A軸上的軸類零件進行圖1.2.16（b）所示的外圓、端面車削加工；同時，還可以通過B軸擺動，對工件進行圖1.2.16（c）所示的端面、側面鏜銑加工。

圖1.2.15（b）是以C軸為車削副主軸的銑車復合加工中心，機床的基本結構與工件回轉式五軸加工機床相同，但是，其工件回轉軸C通常采用高轉速、大轉矩內置力矩電機（builtin torque motor）或直驅電機（direct drive motor）直接驅動，可作為車削加工副主軸使用。此類機床通常用于法蘭、端蓋等盤類零件的銑車復合加工。

機床用于鏜銑類加工時，C軸切換為伺服控制模式，成為工件回轉和切削進給的數控回轉軸，機床就成了一臺工件回轉式五軸加工機床，可進行端蓋、法蘭等盤類零件的五軸鏜銑加工。

機床用于車削加工時，C軸切換為速度控制模式、成為車削副主軸，此時，如果A軸在90°位置定位并夾緊，C軸便具有臥式數控車床主軸功能，機床可對圖1.2.17（a）所示的端蓋、法蘭等盤類零件，進行外圓、端面車削加工；如果A軸在0°位置定位并夾緊，C軸便具有立式數控車床主軸功能，進行圖1.2.17（b）所示的外圓、端面車削加工；同時，還可以通過A軸擺動，對工件進行圖1.2.17（c）所示的端面、側面鏜銑加工。

1.2.4　FMC、FMS和CIMS

（1）FMC

FMC是柔性加工單元（flexible manufacturing cell）的簡稱。FMC通常是由一臺具備自動換刀功能的數控機床和工件自動輸送、交換裝置組成的自動化加工單元，FMC不僅可利用數控機床的自動換刀實現工序集中和復合，而且還可通過工件的自動交換，使得無人化加工成為可能，從而進一步提高了數控設備的利用率。FMC既可以作為柔性制造系統的核心設備，也可作為自動化加工設備獨立使用，其技術先進、結構復雜、自動化程度高、價格貴，因此，多用于大型現代化制造企業。

具備自動換刀功能的數控機床是FMC的核心，這種數控機床可以為車削類的全功能數控車床或車削中心、車銑復合加工中心，也可以是鏜銑類的加工中心或五軸加工中心、銑車復合加工中心，以數控車削機床為主體的FMC一般稱為車削FMC，以數控鏜銑機床為主體的FMC則直接稱為FMC。

車削FMC如圖1.2.18所示，它是在全功能數控車床、車削中心或車銑復合加工中心的基礎上，通過增加工件自動輸送和交換裝置所構成的自動化加工單元。車削FMC的最大特點是可通過工件自動輸送和交換裝置，自動更換工件，實現長時間無人化加工，從而進一步提高設備使用率和自動化程度。

以臥式加工中心為主體的FMC如圖1.2.19所示，這是一種通過工作臺（托盤）自動交換（automatic pallet changer，簡稱APC）實現工件自動輸送、交換的FMC，它可將機床的工作臺面連同安裝的工件進行整體自動更換，以達到工件自動交換的目的。

（2）FMS和CIMS

數控車床、車削中心、車銑復合加工中心、車削FMC以及數控鏜銑床、加工中心、五軸加工中心、銑車復合加工中心、FMC都是可獨立使用的完整數控加工設備，如果在這些數控加工設備的基礎上，增加刀具中心、工件中心、檢測設備、工業機器人、刀具及工件輸送線等輔助設備，使多臺獨立的數控加工設備變成一個統一的整體，再通過中央控制計算機進行集中、統一控制和管理，便可組成一個具有多種工件自動裝卸、自動加工、自動檢測乃至于自動裝配功能的完全自動化的加工制造系統，這樣的加工制造系統同樣具有適應產品變化的柔性，故稱為柔性制造系統（flexible manufacturing system，FMS）。

FMS的規模有大有小，中小規模的FMS一般由圖1.2.20所示的若干臺數控加工設備及測量機、工業機器人、刀具及工件輸送線、中央控制計算機等設備組成，這樣的FMS具有長時間無人化、自動加工和在線測量檢驗功能，這是一種用于制造業零部件加工的FMS。

大型FMS如圖1.2.21所示，這樣的FMS具有車間制造過程全面自動化的功能，故又稱自動化車間或自動化工廠（FA）。大型FMS是一種高度自動化的先進制造系統，目前僅在制造業高度發達的美國、德國、日本等少數國家有部分應用。

隨著科學技術的發展，為了適應市場多變的需求，現代企業不僅需要實現產品制造過程的自動化，而且還希望能夠實現從市場預測、生產決策、產品設計、產品制造直到產品銷售的全過程自動化，如果將這些要求進行綜合，并組成為一個直接面向市場的全方位、多功能完整系統，這樣的系統稱計算機集成制造系統（computer integrated manufacturing system，CIMS）。CIMS將一個工廠的全部生產、經營活動進行了有機集成，實現了高效益、高柔性的智能化生產，它是目前制造技術追求的方向。