1.2　现代数控机床

1.2.1　常用产品及特点

数控机床是数控系统的主要控制对象，数控系统的功能选择、PMC程序设计等都必须根据数控机床的控制要求进行，了解数控机床是掌握数控PMC技术的基础。

（1）常用数控机床

数控机床是一个广义上的概念，凡是采用数控技术的机床都称为数控机床（NC机床或CNC机床），数控机床不仅包括车、铣、钻、磨等金属切削机床，而且包括激光加工、电加工、成型加工等所有机床类产品。

机床控制是数控技术应用最早、最广泛的领域，数控机床的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向。数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，它是现代制造技术的基础，也是衡量一个国家制造技术水平和国家综合实力的重要标志。

在工业企业中，车削、镗铣类金属切削机床的用量最大，因此，它们是数控技术应用最广泛的领域和现代数控机床的标志性产品，数控系统功能通常也按车削加工（turning）、铣削加工（milling）分为T、M两大类产品。

车削类机床如图1.2.1（a）所示。车削以工件旋转作为切削主运动，最适合轴类、盘类零件的加工，与此类似的还有内外圆磨削类机床等。根据机床的结构和功能，现代车削类数控机床一般有数控车床、车削中心、车铣复合加工中心、车削FMC等。用于车削类机床控制的T类数控系统至少需要有轴向（Z）和径向（X）两个NC轴及主轴的控制功能。

镗铣类机床如图1.2.1（b）所示。镗铣（包括钻、攻螺纹等）通过刀具旋转和空间运动实现切削，可用于法兰、箱体等各种形状零件的加工，与此类似的机床有齿轮加工类、工具磨削类等。根据机床的结构和功能，现代镗铣类数控机床一般有数控铣床、数控镗铣床、加工中心、铣车复合加工中心、FMC等。用于镗铣类机床控制的M类数控系统，至少需要有X/Y/Z三个基本坐标轴的控制功能。

随着制造技术的进步，高精度、高效的五轴加工、复合加工机床及FMC等先进数控设备日益普及，数控系统也在不断向高性能、高速化、复合化、网络化方向发展。例如，在车削类数控系统上，研发、补充了车铣复合加工机床所需要的多坐标轴、多主轴控制及主轴插补（Cs轴控制）等功能；在铣削类数控系统上，则研发、补充了五轴加工、车铣复合加工所需要的五轴联动、多主轴控制、车削主轴控制功能等功能，数控系统的性能正在日益完善和提高，T系列和M系列产品的功能也在逐步融合。

（2）数控机床的特点

数控机床与普通机床比较，具有以下基本特点。

①精度高。机床采用数控后，由于以下原因，使得机床定位精度和加工精度一般都要高于传统的普通机床。

第一，脉冲当量小。数控装置输出的指令脉冲当量是机床的最小位移量，这一值越小，机床可达到的定位精度也就越高。数控机床的脉冲当量一般都在0.001mm及以下，这样的微量运动，在手动操作或液压、气动控制的普通机床上，通常很难把握和达到，因此，在同等条件下，采用数控后，机床能比手动操作更精密地定位和加工。

第二，误差自动补偿。数控系统具有间隙、螺距误差自动补偿功能，机床机械传动系统的反向间隙、滚珠丝杠的螺距加工误差等固定误差，均可通过数控装置对指令脉冲数量的修整进行自动补偿。例如，如坐标轴在反向运动时，机械传动系统存在0.02mm的间隙，对于脉冲当量为0.001mm的数控装置，可在坐标轴改变运动方向时，自动增加20个指令脉冲，补偿传动系统反向间隙产生的误差等。因此，理论上说，只要是固定误差，数控机床都可以自动补偿和消除。

第三，结构刚性好。数控机床的进给系统普遍采用滚珠丝杠、直线导轨等高效、低摩擦传动部件，机械传动系统结构简单、传动链短、传动间隙小、部件刚性好，因此，从结构上说，机床本身就比普通机床具有更高的刚度、精度和稳定性。

第四，操作误差小。数控机床可通过一次装夹，完成多工序的加工，与普通机床操作比较，可以减少由于零件的装夹所产生的人为误差，零件加工的尺寸一致性好、加工质量稳定、产品合格率高。

②柔性强。机床采用数控后，只需改变加工程序，就能进行不同零件的加工，因此，可灵活适应不同的加工需要，为多品种小批量零件加工、新产品试制提供极大的便利。此外，数控机床还可实现任意曲线、曲面的加工，完成普通机床无法完成的复杂零件加工，适用面更广，柔性更强。

③生产效率高。数控机床的加工效率主要体现在以下几个方面。

第一，结构刚性好，加工参数可变。数控机床本身的结构刚性通常要高于同规格的普通机床，其切削用量可比普通机床更高；另外，由于数控机床的切削速度、进给量等加工参数可任意调整，因此每一工序的加工都可选择最合适的切削用量，从而提高加工效率和零件加工质量。

第二，高速性能好。数控机床的移动速度、主轴转速均大大高于手动操作或液压、气动控制的普通机床，数控机床的快速移动通常都可达到15m/min以上，高速加工机床甚至可超过100m/min，加工定位的时间非常短，辅助运动时间比普通机床要小得多；此外，数控机床的主轴最高转速通常都在同类普通机床的2倍以上，高速加工机床甚至可达每分钟数万转，因此，可使用高速加工工艺和刀具，进行高效加工。

第三，加工辅助时间短。数控机床的多工序加工可一次装夹完成，更换同类零件时无需对机床进行任何调整。此外，数控机床可通过程序进行快速、精确定位，无需进行划线、预冲中心孔等辅助操作；所加工零件也具有一致的尺寸、稳定的质量，无需一一检测；因此，可大大节省加工前后的辅助时间。

④有利于现代化管理。数控机床是一种自动化加工设备，可联网、可无人化运行，零件的加工时间、加工费用可准确预计，因此，它可以方便地纳入工厂自动化、信息化管理网，为制造业的自动化、信息化管理提供便利。

1.2.2　车削加工数控机床

车削加工机床是工业企业最常用的设备，它具有适用面广、结构简单、操作方便、维修容易等特点，可用于轴类、盘类等回转体零件的外圆、端面、中心孔、螺纹等的车削加工。从结构布局上，工业企业常用的数控车削加工机床有卧式数控车床、立式数控车床两大类，卧式数控车床的用量最大。

卧式数控车床的主轴轴线为水平布置，它是所有数控机床中结构最简单、产量最大、使用最广泛的机床。根据机床性能和水平，目前企业使用的车削类数控机床主要有普及型、全功能数控车床及车削中心、车铣复合加工中心、车削FMC等高效、自动化车削加工机床，基本情况如下。

（1）普及型数控车床

国产普及型数控车床是在普通车床基础上演变成的简易数控产品，其主要部件结构、外形、主要技术参数与普通车床相似。

中小规格卧式普及型数控车床如图1.2.2所示，这种机床只是根据数控的要求，对普通车床的相关部件作了局部改进，机床的床身、主轴箱、尾座、拖板等大件及液压、冷却、照明、润滑等辅助装置与普通车床并无太大的区别。

普及型数控车床的主电机一般采用变频调速，由于变频器调速的低频输出转矩很小，故仍需要通过机械齿轮变速提高主轴低速转矩，但其变速挡可以少于普通车床，主轴箱的结构也相对较简单。机床一般用图1.2.2（b）所示的电动刀架代替普通车床的手动刀架，以增加自动换刀功能，提高自动化程度。

普及型数控车床的结构简单、价格低廉、维修容易，可用于简单零件的自动加工，但由于数控系统大多采用国产系统，功能简单，数控装置还不具备闭环位置控制功能，因此，加工精度特别是轮廓加工精度、效率都与全功能型数控车床存在很大的差距，此类机床不能用于高速、高精度加工。

（2）全功能数控车床

全功能数控车床是真正意义上的数控车床，它需要配套进口全功能数控系统，具备闭环位置控制功能，可用于高精度轮廓加工。中小规格卧式全功能数控车床图1.2.3所示。

全功能数控车床的结构和布局一般都按数控机床的要求进行设计，机床多采用斜床身布局，自动刀架布置于床身的后侧，主轴箱固定安装在床身上。

全功能数控车床的主轴驱动需要采用数控生产厂家配套的交流主轴驱动装置，主轴的调速范围宽、低速输出转矩大、最高转速高，此外，还具备主轴定向、定位等简单位置控制功能；在高速、高精度数控车床上，还经常使用高速主轴单元、电主轴等先进功能部件，主轴的转速和精度等指标远远高于普及型数控车床。

全功能数控车床一般采用图1.2.3（b）所示的液压刀架自动换刀，刀架的结构刚性、刀具容量、回转精度、换刀速度也大大高于电动刀架。

全功能数控车床具有数控机床高速、高效、高精度的基本技术特点，其辅助装置比普及型数控车床更先进、更完善，其卡盘、尾座通常都需要采用液压自动控制，此外，机床还需要配备高压、大容量自动冷却系统以及自动润滑、自动排屑等辅助系统，因此，通常需要有全封闭的安全防护罩。

（3）车削中心

车削中心（turning center）是在全功能数控车床的基础上发展起来的，可用于回转体零件表面铣削和孔加工的车削类数控机床。车削中心是最早出现的车铣复合加工机床，产品以卧式为常见。

车削中心的典型产品如图1.2.4所示，其外形与全功能数控车床类似，但内部结构与性能与全功能数控车床有较大的区别。主轴具有Cs轴控制功能，刀架上可安装用于钻、镗、铣加工用的动力刀具（live tool），刀具可以进行垂直方向的Y轴运动是车削中心和全功能数控车床的主要区别。

①Cs轴控制。Cs轴控制又称主轴插补或C轴插补，由于数控机床的主轴的轴线方向规定为Z轴，绕Z轴回转的运动轴规定为C轴，因此，这一功能被称之为Cs轮廓控制（Cs contouring control），简称Cs轴控制。

车削加工机床采用的是主轴驱动工件旋转、刀具移动进给的切削加工方法，而钻、镗、铣加工则是采用主轴驱动刀具旋转、工件或刀具移动进给运动的切削加工方法，两者的工艺特征完全不同。因此，车削中心的主轴不但需要驱动工件旋转，进行车削加工，而且必须能够在任意位置定位夹紧，以便进行钻、镗、铣加工；此外，还需要与X、Y、Z坐标轴一样，参与插补运算，实现进给运动，完成圆柱面轮廓加工。

②动力刀具。动力刀具（live tool）是可旋转的特殊车削刀具。普通数控车床的车削加工通过图1.2.5（a）所示的工件旋转实现，安装在刀架上的刀具不能（不需要）旋转。车削中心需要进行回转体侧面、端面的孔、轮廓加工，刀架需要安装图1.2.5（b）所示的能进行钻、镗、铣等加工的动力刀具，并通过副主轴（第二主轴）驱动刀具旋转。

③Y轴运动。回转体的内外圆、端面车削加工，只需要有轴向（Z轴）和径向（X轴）进给运动，但其侧面、端面的孔加工和铣削加工，除了需要轴向和径向进给外，还需要有垂直刀具轴线的运动才能实现，因此，车削中心至少需要有X、Y、Z三个进给轴。

车削中心的刀架外形和全功能数控车床的刀架类似，但内部结构和控制要求有很大的差别。数控车床的刀架只有回转分度和定位功能，车削中心的刀架不但需要有回转分度和定位功能，而且需要安装动力刀具主传动系统，其结构较为复杂。

（4）车铣复合加工中心

车铣复合加工中心是在车削类数控机床的基础上拓展镗铣加工功能的复合加工机床，机床具有车床床身、车削主轴及镗铣加工副主轴，机床以车削加工为主体、镗铣加工为补充，可用于车削和镗铣加工，故称为车铣复合加工中心。

中小型车铣复合加工中心如图1.2.6（a）所示。机床下部为卧式数控车床的斜床身和车削主轴，车削主轴同样具有Cs轴控制功能，配备尾架、顶尖等完整的车削加工附件。机床上部的副主轴和自动换刀装置则采用图1.2.6（b）所示的镗铣加工机床结构（详见后述），车削刀具和镗铣刀具采用统一的刀柄，刀具交换使用机械手换刀装置。

车铣复合加工中心和车削中心的最大区别在副主轴和自动换刀装置上。

车削中心与全功能数控车床一样采用转塔刀架，刀具交换通过转塔的回转分度实现，动力刀具及传动系统均安装在转塔内部。这种结构的刀具交换动作简单、换刀速度快，并且可直接使用传统的车削刀具，刀具刚性好、车削能力强；但是，对于镗铣类加工，机床存在Y轴行程小、铣削能力弱，以及副主轴传动系统的结构复杂、传动链长、主轴转速低和刚性差等一系列不足，因此，机床的镗铣加工能力较弱。

车铣复合加工中心的副主轴一般采用镗铣加工机床的电机直连或电主轴驱动，副主轴结构简单、刚性好、转速可高达每分钟上万转甚至数万转，并可安装标准镗铣加工刀具，机床的镗铣加工能力大幅度提高。

车铣复合加工中心的副主轴可进行225°左右的大范围摆动（B轴），以调整刀具方向、进行车削或倾斜面镗铣加工。例如，当机床用于内外圆或端面车削加工时，主轴换上车刀后定位锁紧，然后使B轴在0°或90°方向定位、夹紧，这样便可通过X、Z轴运动及车削主轴（主主轴）上的工件旋转，进行回转体的内外圆或端面车削加工。当机床用于回转体侧面或端面镗铣加工时，车削主轴（主主轴）切换到Cs轴控制方式，成为一个数控回转轴，此时，便可通过副主轴上的镗铣刀具，对安装在车削主轴上的工件进行钻镗铣等加工，由于机床具有X、Y、Z、B、C共5个坐标轴，故也可用于五轴加工。

以上的车铣复合加工中心较好地解决了车削中心铣削能力不足的问题，且可用于五轴加工，但自动换刀装置结构较复杂，倾斜床身对Y轴行程也有一定的限制，为此，大型车铣复合加工中心有时直接采用立柱移动式镗铣机床结构（见后述），这种机床和带A轴转台、主轴箱摆动的立式五轴加工中心非常类似，只是A轴采用的是车削主轴结构并具有尾架、顶尖等部件而已，这样的车铣复合加工机床完全具备了数控车床的车削加工和镗铣机床的镗铣加工性能。

1.2.3　镗铣加工数控机床

镗铣加工数控机床的种类较多，从机床的结构布局上，可分为立式、卧式和龙门式三大类，龙门式镗铣加工机床属于大型设备，其使用相对较少；立式和卧式镗铣加工机床是常用设备。根据机床性能和水平，目前市场使用的镗铣类数控机床可分为数控镗铣床、加工中心、铣车复合加工中心、FMC等，产品的主要特点如下。

（1）数控镗铣床

主轴轴线垂直布置的机床称为立式机床。根据通常的习惯，图1.2.7（a）所示的从传统升降台铣床基础上发展起来的数控镗铣加工机床称为数控铣床，图1.2.7（b）所示的从传统床身铣床基础上发展起来的数控镗铣加工机床称为数控镗铣床。

数控铣床和数控镗铣床的性能并无本质的区别，相对而言，数控镗铣床的孔加工能力较强，主轴的转速和精度较高，故更适合于高速、高精度加工，但其铣削加工能力一般低于同规格的数控铣床。

主轴轴线水平布置的机床称为卧式机床。卧式数控镗铣床是从普通卧式镗床基础上发展起来的数控机床，常见的外形如图1.2.8所示。

卧式数控镗铣床以镗孔加工为主要特征，主要用来加工箱体类零件侧面的孔或孔系。卧式机床的布局合理、工作台面敞开、工件装卸方便、工作行程大，故适合于箱体、机架等大型或结构复杂零件的孔加工。卧式数控镗铣床通常配备有回转工作台（B轴），可完成工件的所有侧面加工，因此，相对立式镗铣床而言，其适用范围更广，机床的价格也相对较高。

龙门式数控机床一般用于大型零件的镗铣加工，它由两侧立柱和顶梁组成龙门，主轴箱安装于龙门的顶梁或横梁上，其典型结构如图1.2.9所示。

龙门式数控机床的顶梁由两侧立柱对称支撑，滑座可在顶梁上左右移动（Y轴），其Y轴行程大、工作台完全敞开，它可以解决立式机床的主轴悬伸和工件装卸问题。同时，由于Y轴位于顶梁（或横梁）上，也不需要考虑切屑、冷却水的防护等问题，工作可靠性高。龙门式机床的Z轴行程可通过改变顶梁高度调整；在横梁移动的机床上，还可通过横梁的升降扩大Z轴行程，提高主轴刚性，它还可以解决卧式机床所存在的主轴或刀具的前端下垂问题，其Z轴行程大，加工精度容易保证。

龙门镗铣床的X轴运动可通过工作台或龙门的移动实现，其最大行程可以达到数十米；Y轴行程决定于横梁的长度和刚性，最大可达10m以上；Z轴运动可通过横梁升降和主轴移动实现，一般可达数米；机床的加工范围远远大于立式机床和卧式机床，可用于大型、特大型零件的加工。

（2）加工中心

镗铣加工机床采用数控后，不仅实现了轮廓加工的功能，而且可通过改变加工程序改变零件的加工工艺与工序，增加了机床的柔性。但数控镗铣床不具备自动换刀功能，因此，其加工效率相对较低。

带有自动刀具交换装置（automatic tool changer，简称ATC）的镗铣加工机床称为加工中心（machining center）。加工中心通过刀具的自动交换，可一次装夹完成多工序的加工，实现了工序的集中和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率，减少了零件安装、定位次数，提高了加工精度，它是目前数控机床中产量最大、使用最广的数控机床之一，其种类繁多、结构各异，图1.2.10所示的立式、卧式和龙门式加工中心属于常见的典型结构。

为了提高加工效率、缩短辅助时间，卧式加工中心经常采用图1.2.10（b）所示的双工作台交换装置，这种机床虽然也具备工件自动交换功能，但双工作台交换的主要作用是方便工件装卸，并使得加工和工件装卸能够同步进行，以提高效率、缩短辅助加工时间，机床并不具备完整的工件输送和交换功能，故不能称为FMC。

（3）五轴加工中心

五轴加工中心是具有图1.2.11所示3个直线运动轴（X、Y、Z轴）和任意2个回转或摆动轴（A、B或C轴）的多轴数控机床，这样的机床可始终保持刀具轴线和加工面的垂直，一次性完成诸如叶轮等复杂空间曲线、曲面的高速、高精度加工，五轴加工中心是代表当前数控机床性能水平的典型产品之一。

立式镗铣加工机床的主轴位于工作台上方，主轴周边的空间大，通常无机械部件干涉，因此，五轴加工中心多为立式布局。

立式加工中心的五轴加工可通过多种方式实现，工件回转式、主轴摆动式和混合回转式是五轴加工中心的基本结构。

①工件回转式。工件回转式是通过工件回转改变加工面方向，使刀具轴线和加工面保持垂直的五轴加工方式，工件回转有图1.2.12所示的两种实现方式。

图1.2.12（a）是在三轴立式加工中心的水平工作台上安装双轴数控回转工作台，实现五轴加工的结构形式。双轴回转工作台目前已有专业生产厂家标准化生产，转台一般为C轴回转、A轴摆动的结构，A轴摆动范围通常为120°～180°。

利用双轴转台的五轴加工实现容易、使用灵活、工作台回转速度快、定位精度高，而且不受机床结构形式的限制，也无需改变原机床结构，故适合标准化、模块化生产；但是，其C轴回转半径通常较小，转台结构层次多、刚性较差，此外，转台的安装也将影响Z轴行程和工件装卸高度，因此，较适合用于小型叶轮、端盖、泵体等零件的五轴加工，而不适用于叶片、机架等长构件的加工。

图1.2.12（b）为工作台直接回转式结构，这种数控机床专门为五轴加工设计，工作台本身可进行C轴回转、B轴摆动运动，B轴的摆动范围通常在120°左右。

工作台直接回转的五轴加工机床的C轴回转半径大、结构刚性好、定位精度高、回转速度快，可用于大规格叶轮、端盖及箱体类零件的五轴加工；但是，其X向行程较小，故同样不适合用于叶片、机架等长构件的加工。

②主轴摆动式。主轴摆动式是通过主轴的回转与摆动改变刀具方向，使刀具轴线和加工面保持垂直的五轴加工方式。主轴摆动式五轴加工可通过安装图1.2.13所示的双轴回转头来实现，双轴回转头一般为C轴回转、B轴摆动结构，B轴摆动范围为180°左右。

主轴摆动式五轴加工中心机床的结构简单、实现方便、机床加工范围大，并可用于任何立式数控镗铣机床，但是，双轴回转头的主轴传动系统设计较为复杂，因此，大多数情况都采用电主轴直接驱动主轴，这样的机床主轴转速高，但输出转矩小、主轴刚性差，通常只能用于轻合金零件的高速加工。

③混合回转式。混合回转式是通过图1.2.14所示的主轴摆动和工件回转来调整刀具方向，使刀具轴线和加工面保持垂直的五轴加工方式，主轴箱整体可进行B轴摆动，工件可进行A轴回转，B轴摆动范围可超过180°。

混合回转的五轴加工中心综合了工件回转、主轴摆动的优点，解决了主轴摆动式机床主轴刚性差、输出转矩小以及工件回转式机床加工范围小的缺点；机床结构刚性好、加工范围大、工作台承载能力强，故可以用于大型箱体、模具、叶片、机架等长构件的五轴加工，但是，其主轴箱摆动速度、精度低于工件回转、主轴摆动式机床，因此，通常用于大型零件的五轴加工。

（4）铣车复合加工中心

铣车复合加工中心是在镗铣类数控机床的基础上拓展车削加工功能的复合加工机床，机床具有镗铣床床身、镗铣主轴及车削加工副主轴，以镗铣加工为主体、车削加工为补充，可用于镗铣和车削加工，故称为铣车复合加工中心。

铣车复合加工中心采用立式或龙门式结构，机床的车削副主轴布置一般有如图1.2.15所示的2种。

图1.2.15（a）是以A轴为车削副主轴的铣车复合加工中心，机床的基本结构与混合回转式五轴加工机床相同，但是，其工件回转轴A通常采用高转速、大转矩内置力矩电机（builtin torque motor）或直驱电机（direct drive motor）直接驱动，可作为车削加工副主轴使用。由于机床较适合用于细长轴类零件（棒料）的铣车复合加工，故又称棒料加工中心。棒料加工中心通常还带平行X轴的辅助运动轴U（第6轴），通过U轴来实现车床尾架、夹持器等车削加工辅助部件运动。

棒料加工中心用于镗铣类加工时，A轴切换为伺服控制模式，成为图1.2.16（a）所示的工件回转和切削进给数控回转轴，U轴可安装顶尖或夹具，机床成了一台混合回转式五轴加工机床，可进行轴类零件的五轴加工。

棒料加工中心用于车削加工时，A轴切换为速度控制模式，成为车削副主轴，U轴可安装尾架、夹持器，主轴安装车刀夹紧后，便可像卧式数控车床那样，对A轴上的轴类零件进行图1.2.16（b）所示的外圆、端面车削加工；同时，还可以通过B轴摆动，对工件进行图1.2.16（c）所示的端面、侧面镗铣加工。

图1.2.15（b）是以C轴为车削副主轴的铣车复合加工中心，机床的基本结构与工件回转式五轴加工机床相同，但是，其工件回转轴C通常采用高转速、大转矩内置力矩电机（builtin torque motor）或直驱电机（direct drive motor）直接驱动，可作为车削加工副主轴使用。此类机床通常用于法兰、端盖等盘类零件的铣车复合加工。

机床用于镗铣类加工时，C轴切换为伺服控制模式，成为工件回转和切削进给的数控回转轴，机床就成了一台工件回转式五轴加工机床，可进行端盖、法兰等盘类零件的五轴镗铣加工。

机床用于车削加工时，C轴切换为速度控制模式、成为车削副主轴，此时，如果A轴在90°位置定位并夹紧，C轴便具有卧式数控车床主轴功能，机床可对图1.2.17（a）所示的端盖、法兰等盘类零件，进行外圆、端面车削加工；如果A轴在0°位置定位并夹紧，C轴便具有立式数控车床主轴功能，进行图1.2.17（b）所示的外圆、端面车削加工；同时，还可以通过A轴摆动，对工件进行图1.2.17（c）所示的端面、侧面镗铣加工。

1.2.4　FMC、FMS和CIMS

（1）FMC

FMC是柔性加工单元（flexible manufacturing cell）的简称。FMC通常是由一台具备自动换刀功能的数控机床和工件自动输送、交换装置组成的自动化加工单元，FMC不仅可利用数控机床的自动换刀实现工序集中和复合，而且还可通过工件的自动交换，使得无人化加工成为可能，从而进一步提高了数控设备的利用率。FMC既可以作为柔性制造系统的核心设备，也可作为自动化加工设备独立使用，其技术先进、结构复杂、自动化程度高、价格贵，因此，多用于大型现代化制造企业。

具备自动换刀功能的数控机床是FMC的核心，这种数控机床可以为车削类的全功能数控车床或车削中心、车铣复合加工中心，也可以是镗铣类的加工中心或五轴加工中心、铣车复合加工中心，以数控车削机床为主体的FMC一般称为车削FMC，以数控镗铣机床为主体的FMC则直接称为FMC。

车削FMC如图1.2.18所示，它是在全功能数控车床、车削中心或车铣复合加工中心的基础上，通过增加工件自动输送和交换装置所构成的自动化加工单元。车削FMC的最大特点是可通过工件自动输送和交换装置，自动更换工件，实现长时间无人化加工，从而进一步提高设备使用率和自动化程度。

以卧式加工中心为主体的FMC如图1.2.19所示，这是一种通过工作台（托盘）自动交换（automatic pallet changer，简称APC）实现工件自动输送、交换的FMC，它可将机床的工作台面连同安装的工件进行整体自动更换，以达到工件自动交换的目的。

（2）FMS和CIMS

数控车床、车削中心、车铣复合加工中心、车削FMC以及数控镗铣床、加工中心、五轴加工中心、铣车复合加工中心、FMC都是可独立使用的完整数控加工设备，如果在这些数控加工设备的基础上，增加刀具中心、工件中心、检测设备、工业机器人、刀具及工件输送线等辅助设备，使多台独立的数控加工设备变成一个统一的整体，再通过中央控制计算机进行集中、统一控制和管理，便可组成一个具有多种工件自动装卸、自动加工、自动检测乃至于自动装配功能的完全自动化的加工制造系统，这样的加工制造系统同样具有适应产品变化的柔性，故称为柔性制造系统（flexible manufacturing system，FMS）。

FMS的规模有大有小，中小规模的FMS一般由图1.2.20所示的若干台数控加工设备及测量机、工业机器人、刀具及工件输送线、中央控制计算机等设备组成，这样的FMS具有长时间无人化、自动加工和在线测量检验功能，这是一种用于制造业零部件加工的FMS。

大型FMS如图1.2.21所示，这样的FMS具有车间制造过程全面自动化的功能，故又称自动化车间或自动化工厂（FA）。大型FMS是一种高度自动化的先进制造系统，目前仅在制造业高度发达的美国、德国、日本等少数国家有部分应用。

随着科学技术的发展，为了适应市场多变的需求，现代企业不仅需要实现产品制造过程的自动化，而且还希望能够实现从市场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全过程自动化，如果将这些要求进行综合，并组成为一个直接面向市场的全方位、多功能完整系统，这样的系统称计算机集成制造系统（computer integrated manufacturing system，CIMS）。CIMS将一个工厂的全部生产、经营活动进行了有机集成，实现了高效益、高柔性的智能化生产，它是目前制造技术追求的方向。