数控机床的分类及优劣分析

数控机床的种类很多,分类方法不一。根据数控机床的功能和组成,可从以下5个不同的角度进行分类:

(1)按数控机床的加工工艺分类

1)普通数控机床

根据数控机床的加工工艺不同,并与传统机床的称谓相对应,可将数控机床分为数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床及数控镗床等。

2)加工中心机床

将多种加工工艺内容集中在同一台机床上实现,并具有刀库和自动换刀装置,可在工件一次装卡后连续自动地完成铣削、钻削、镗削、铰孔、扩孔及攻丝等多道工序的加工,这样的数控

机床称为加工中心(Machining Center,MC)。常见的加工中心机床有车削加工中心和钻铣镗加工中心。

3)特种加工机床

特种加工机床有数控电火花、数控线切割、激光快速成型机、数控等离子切割及火焰切割等。

4)其他

还有采用数控技术的其他设备如三坐标测量机、工业机器人、数控绘图仪等。

(2)按控制系统的功能特点分类

按数控机床运动轨迹的控制方式,可将数控机床分为点位控制、点位直线控制和轮廓控制3类。

1)点位控制

点位控制的数控机床的特点是:只要求控制刀具相对于工件在机床加工平面内从某一加工点运动到另一加工点的精确坐标位置,而对两点之间的运动轨迹原则上不加以控制,且在运动过程中不作任何加工。典型的点位控制数控机床有数控钻床、数控镗床、数控冲床等。这类机床无须插补器,其基本要求是定位精度、定位时间和移动速度,对运动轨迹无精度要求。为了精确定位和提高移动速度,运动开始时,移动部件首先高速运动,在到达定位终点前减速以实现慢速接近定位点并最终准确定位,如图1.2(a)所示。

2)点位直线控制

点位直线控制的数控机床又简称直线控制的数控机床。这类数控机床不仅可控制刀具或工作台由一个位置点到另一个位置点的精确坐标位置,还可控制它们以给定的速度沿着平行于某一坐标轴方向作直线运动并在移动的过程中进行加工。这类数控系统也可控制刀具或工作台两个坐标同时以相同的速度运动,从而加工出与坐标轴成45°的斜线。典型的点位直线控制的数控机床如简单的具有外圆、端面及45°锥面加工的数控车床,如图1.2(b)所示。

3)轮廓控制

轮廓控制也称连续控制。这类机床的特点是:不仅要求刀具相对于工件在机床加工空间内从一点运动到另一点的精确坐标位置,而且要求对两点之间的运动轨迹及轨迹上每一点的运动速度进行精确控制,且能够边移动边加工。典型的连续控制数控机床有数控车床、数控铣床、加工中心等。这类机床用于加工二维平面轮廓或三维空间轮廓。这类机床的数控系统带有插补器,以精确实现各种曲线或曲面。能进行连续控制的数控机床,一般也能进行点位控制和点位直线控制,如图1.2(c)所示。

图1.2　数控系统控制方式图

(3)按伺服系统的功能特点分类

按所采用的伺服系统控制方式不同,可将数控机床分为开环、闭环和半闭环控制数控机床3类。(www.xing528.com)

1)开环控制数控机床

开环控制系统是指不带位置反馈装置数控机床,其伺服系统由步进驱动和步进电机组成。图1.3为开环控制系统的框图。机床的工作精度取决于步进电机的传动精度及变速机构、丝杠等机械传动部件的精度。

图1.3　开环控制系统框图

2)闭环控制数控机床

闭环控制数控机床有位置和速度的检测装置,并且直线位移检测装置直接装在机床移动部件如工作台上,将测量的结果直接反馈到数控装置中,与输入指令进行比较控制,使移动部件按照指令要求运动,最终实现精确定位。图1.4为闭环控制系统框图。因为把机床工作台纳入了位置控制环,故称为闭环控制系统。

3)半闭环控制数控机床

半闭环控制数控机床也有位置和速度的检测装置,只是其角位移检测装置装在交流或直流伺服电机的输出轴上,通过检测角位移间接地检测移动部件的位移,并反馈到数控系统中。由于惯性较大的机床移动部件不包括在控制环中,故称为半闭环控制系统。图1.5为半闭环控制系统框图。

图1.4　闭环控制系统框图

图1.5　半闭环控制系统框

(4)按数控机床功能强弱分类

按数控机床功能强弱,可将数控机床分为经济型数控机床、全功能型数控机床和高档数控机床。

1)经济型数控机床

经济型数控机床又称简易数控机床,主要采用功能较弱、价格低廉的经济型数控装置,多为开环控制,其机械结构与传统机床机械结构差异不大,刚度与精度均较低。这类机床经济性好,因此,在我国中小企业中应用广泛。目前,国产数控仪表机床多为经济型数控机床,有些企业还用经济型数控装置对传统机床进行数控化改造,获得经济型数控机床。经济型数控机床的脉冲当量一般为0.001～0.01 mm。

2)全功能型数控机床

全功能型数控机床又称普及型数控机床,采用功能完善、价格较高的数控装置,采用闭环或半闭环控制,直流或交流伺服电机,在机械结构设计上充分考虑了强度、刚度、抗振性、低速运动平稳性、精度、热稳定性和操作宜人等方面的要求,能实现高速、强力切削。全功能型数控机床的脉冲当量一般为0.1～1μm。

3)高档型数控机床

高档型数控机床是指三轴以上联动控制、能加工复杂形状零件的数控机床,或者工序高度集中且具备高度柔性的数控机床,或者可进行超高速、精密、超精密甚至纳米加工的数控机床。这类机床性能好、价格高,一般仅用在特别需要的场合。高档型数控机床的脉冲当量一般为0.1μm,甚至更小。

(5)按联动坐标轴数分类

按所能控制联动坐标轴数目的不同,数控机床还可分为两坐标、三坐标、四坐标、五坐标等数控机床。两坐标数控机床主要用于加工二维平面轮廓,三坐标数控机床主要用于加工三维立体轮廓,四坐标和五坐标数控机床主要用于加工空间复杂曲面或一些高精度、难加工的特殊型面。