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數控機床的幾大分類(lèi)

時(shí)間: 2019-12-28 15:12:53來(lái)源: 濟南七機機床有限公司

一、按機床運動(dòng)的控制軌跡分類(lèi)

⑴ 點(diǎn)位控制的數控機床

點(diǎn)位控制只要求控制機床的移動(dòng)部件從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的準確定位,對于點(diǎn)與點(diǎn)之間的運動(dòng)軌跡的要求并不嚴格,在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行加工,各坐標軸之間的運動(dòng)是不相關(guān)的。為了實(shí)現既快又的定位,兩點(diǎn)間位移的移動(dòng)一般先快速移動(dòng),然后慢速趨近定位點(diǎn),以保證定位精度,如下圖 所示,為點(diǎn)位控制的運動(dòng)軌跡。

具有點(diǎn)位控制功能的機床主要有數控鉆床、數控銑床、數控沖床等。隨著(zhù)數控技術(shù)的發(fā)展和數控系統價(jià)格的降低,單純用于點(diǎn)位控制的數控系統已不多見(jiàn)。

⑵ 直線(xiàn)控制數控機床

直線(xiàn)控制數控機床也稱(chēng)為平行控制數控機床,其特點(diǎn)是除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準確定位外,還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)速度和路線(xiàn)(軌跡),但其運動(dòng)路線(xiàn)只是與機床坐標軸平行移動(dòng),也就是說(shuō)同時(shí)控制的坐標軸只有一個(gè)(即數控系統內不必有插補運算功能),在移位的過(guò)程中刀具能以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行切削,一般只能加工矩形、臺階形零件。

其有直線(xiàn)控制功能的機床主要有比較簡(jiǎn)單的數控車(chē)床、數控銑床、數控磨床等。這種機床的數控系統也稱(chēng)為直線(xiàn)控制數控系統。同樣,單純用于直線(xiàn)控制的數控機床也不多見(jiàn)。

⑶ 輪廓控制數控機床

輪廓控制數控機床也稱(chēng)連續控制數控機床,其控制特點(diǎn)是能夠對兩個(gè)或兩個(gè)以上的運動(dòng)坐標的位移和速度同時(shí)進(jìn)行控制。

為了滿(mǎn)足刀具沿工件輪廓的相對運動(dòng)軌跡符合工件加工輪廓的要求,必須將各坐標運動(dòng)的位移控制和速度控制按照規定的比例關(guān)系地協(xié)調起來(lái)。

因此在這類(lèi)控制方式中,就要求數控裝置具有插補運算功能.所謂插補就是根據程序輸入的基本數據(如直線(xiàn)的終點(diǎn)坐標、圓弧的終點(diǎn)坐標和圓心坐標或半徑),通過(guò)數控系統內插補運算器的數學(xué)處理,把直線(xiàn)或圓弧的形狀描述出來(lái),也就是一邊計算,一邊根據計算結果向各坐標軸控制器分配脈沖,從而控制各坐標軸的聯(lián)動(dòng)位移量與要求的輪廓相符合在運動(dòng)過(guò)程中刀具對工件表面進(jìn)行連續切削,可以進(jìn)行各種直線(xiàn)、圓弧、曲線(xiàn)的加工.輪廓控制的加工軌跡。



這類(lèi)機床主要有數控車(chē)床、數控銑床、數控線(xiàn)切割機冰、加工中心等,其相應的數控裝置稱(chēng)為輪廓控制數控系統根據它所控制的聯(lián)動(dòng)坐標軸數不同,又可以分為下面幾種形式

① 二軸聯(lián)動(dòng):主要用于數控車(chē)床加工旋轉曲面或數控銑床加工曲線(xiàn)柱面。

② 二軸半聯(lián)動(dòng):主要用于三軸以上機床的控制,其中兩根軸可以聯(lián)動(dòng),而另外一根軸可以作周期勝進(jìn)給。

③ 三軸聯(lián)動(dòng):一般分為兩類(lèi),一類(lèi)就是 X /Y/Z 三個(gè)直線(xiàn)坐標軸聯(lián)動(dòng),比較多的用于數控銑床、加工中心等.另一類(lèi)是除了同時(shí)控制 X /Y/Z  中兩個(gè)直線(xiàn)坐標外,還同時(shí)控制圍繞其中某一直線(xiàn)坐標軸旋轉的旋轉坐標軸。

如車(chē)削加工中心,它除了縱向(Z軸)、橫向(X軸)兩個(gè)直線(xiàn)坐標軸聯(lián)動(dòng)外,還需同時(shí)控制圍繞 Z 軸旋轉的主軸(C軸)聯(lián)動(dòng)。

④ 四軸聯(lián)動(dòng):同時(shí)控制 X /Y/Z  三個(gè)直線(xiàn)坐標軸與某一旋轉坐標軸聯(lián)動(dòng)。

⑤ 五軸聯(lián)動(dòng):除同時(shí)控制 X /Y/Z  三個(gè)育線(xiàn)坐標軸聯(lián)動(dòng)外.還同時(shí)控制圍繞這這些直線(xiàn)坐標軸旋轉的 A 、 B 、 C 坐標軸中的兩個(gè)坐標軸,形成同時(shí)控制五個(gè)軸聯(lián)動(dòng)這時(shí)刀具可以被定在空間的任意方向.

比如控制刀具同時(shí)繞 x 軸和 Y 軸兩個(gè)方向擺動(dòng),使得刀具在其切削點(diǎn)上始終保持與被加工的輪廓曲面成法線(xiàn)方向,以保證被加工曲面的光滑性,提高其加工精度和加工效率,減小被加工表面的粗糙度。

二、 按伺服控制的方式分類(lèi)

⑴ 開(kāi)環(huán)控制數控機床

這類(lèi)機床的進(jìn)給伺服驅動(dòng)是開(kāi)環(huán)的,即沒(méi)有檢測反饋裝置,一般它的驅動(dòng)電動(dòng)機為步進(jìn)電機,步進(jìn)電機的主要特征是控制電路每變換一次指令脈沖信號,電動(dòng)機就轉動(dòng)一個(gè)步距角,并且電動(dòng)機本身就有自鎖能力.

數控系統輸出的進(jìn)給指令信號通過(guò)脈沖分配器來(lái)控制驅動(dòng)電路,它以變換脈沖的個(gè)數來(lái)控制坐標位移量,以變換脈沖的頻率來(lái)控制位移速度,以變換脈沖的分配順序來(lái)控制位移的方向。

因此這種控制方式的大特點(diǎn)是控制方便、結構簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜.數控系統發(fā)出的指令信號流是單向的,所以不存在控制系統的穩定性問(wèn)題,但由于機械傳動(dòng)的誤差不經(jīng)過(guò)反饋校正,故位移精度不高。

早期的數控機床均采用這種控制方式,只是故障率比較高,目前由于驅動(dòng)電路的改進(jìn),使其仍得到了較多的應用。尤其是在我國,一般經(jīng)濟型數控系統和舊設備的數控改造多采用這種控制方式。另外,這種控制方式可以配置單片機或單板機作為數控裝置,使得整個(gè)系統的價(jià)格降低。

⑵ 閉環(huán)控制機床

這類(lèi)數控機床的進(jìn)給伺服驅動(dòng)是按閉環(huán)反饋控制方式工作的,其驅動(dòng)電動(dòng)機可采用直流或交流兩種伺服電機,并需要配置位置反饋和速度反饋,在加工中隨時(shí)檢測移動(dòng)部件的實(shí)際位移量,并及時(shí)反饋給數控系統中的比較器,它與插補運算所得到的指令信號進(jìn)行比較,其差值又作為伺服驅動(dòng)的控制信號,進(jìn)而帶動(dòng)位移部件以消除位移誤差

按位置反饋檢測元件的安裝部位和所使用的反饋裝置的不同,它又分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種控制方式。

① 全閉環(huán)控制  

其位置反饋裝置采用直線(xiàn)位移檢測元件(目前一般采用光柵尺),安裝在機床的床鞍部位,即直接檢測機床坐標的直線(xiàn)位移量,通過(guò)反饋可以消除從電動(dòng)機到機床床鞍的整個(gè)機械傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)誤差,從而得到很高的機床靜態(tài)定位精度。

但是,由于在整個(gè)控制環(huán)內,許多機械傳動(dòng)環(huán)節的摩擦特性、剛性和間隙均為非線(xiàn)性,并且整個(gè)機械傳動(dòng)鏈的動(dòng)態(tài)響應時(shí)間與電氣響應時(shí)間相比又非常大.這為整個(gè)閉環(huán)系統的穩定性校正帶來(lái)很大困難,系統的設計和調整也都相當復雜因此,這種全閉環(huán)控制方式主要用于精度要求很高的數控坐標幢床、數控精密磨床等。

② 半閉環(huán)控制  

其位置反饋采用轉角檢測元件(目前主要采用編碼器等),直接安裝在伺服電動(dòng)機或絲杠端部。由于大部分機械傳動(dòng)環(huán)節未包括在系統閉環(huán)環(huán)路內,因此叫獲得較穩定的控制特性。絲杠等機械傳動(dòng)誤差不能通過(guò)反饋來(lái)隨時(shí)校正,但是可采用軟件定值補償方法來(lái)適當提高其精度.目前,大部分數控機床采用半閉環(huán)控制方式

⑶ 混合控制數控機床

將上述控制方式的特點(diǎn)有選擇地集中,可以組成混合控制的方案。如前所述,由于開(kāi)環(huán)控制方式穩定性好、成本低、精度差,而全閉環(huán)穩定性差,所以為了互為彌補,以滿(mǎn)足某些機床的控制要求,宜采用混合控制方式。采用較多的有開(kāi)環(huán)補償型和半閉環(huán)補償型兩種方式

三、按數控系統的功能水平分類(lèi)

按數控系統的功能水平,通常把數控系統分為低、中、高三類(lèi)。這種分類(lèi)方式,在我國用的較多。低、中、高三檔的界限是相對的,不同時(shí)期,劃分標準也會(huì )不同。就目前的發(fā)展水平看,可以根據一些功能及指標,將各種類(lèi)型的數控系統分為低、中、******三類(lèi)。其中中、******一般稱(chēng)為全功能數控或標準型數控。

⑴ 金屬切削類(lèi)

指采用車(chē)、銑、撞、鉸、鉆、磨、刨等各種切削工藝的數控機床。它又可被分為以下兩類(lèi)。

①普通型數控機床  如數控車(chē)床、數控銑床、數控磨床等。

②加工中心  其主要特點(diǎn)是具有自動(dòng)換刀機構的刀具庫,工件經(jīng)一次。裝夾后,通過(guò)自動(dòng)更換各種刀具,在同一臺機床上對工件各加工面連續進(jìn)行銑(車(chē))鍵、鉸、鉆、攻螺紋等多種工序的加工,如(幢/銑類(lèi))加工中心、車(chē)削中心、鉆削中心等。

⑵ 金屬成型類(lèi)

指采用擠、沖、壓、拉等成型工藝的數控機床,常用的有數控壓力機、數控折彎機、數控彎管機、數控旋壓機等。

⑶ 特種加工類(lèi)

主要有數控電火花線(xiàn)切割機、數控電火花成型機、數控火焰切割機、數控激光加工機等。

⑷ 測量、繪圖類(lèi)

主要有三坐標測量?jì)x、數控對刀儀、數控繪圖儀等。

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