数控机床的分类及优化方案

数控机床可以根据不同的方法进行分类,常用的分类方法有按数控机床加工原理分类、按数控机床运动轨迹分类和按进给伺服系统控制方式分类。

1.按数控机床加工原理分类

按数控机床加工原理可把数控机床分为普通数控机床和特种加工数控机床。

(1)普通数控机床

如数控车床、数控铣床、加工中心、车削中心等各种普通数控机床,其加工原理是用切削刀具对零件进行切削加工。

(2)特种加工数控机床

如线切割数控机床,对硬度很高的工件进行切割加工；如电火花成型加工数控机床,采用电火花原理对工件的型腔进行加工。

2.按数控机床运动轨迹分类

数控机床运动轨迹主要有三种形式：点位控制运动、直线控制运动和连续控制运动。

(1)点位控制运动

点位控制运动指刀具相对工件的点定位,一般对刀具运动轨迹无特殊要求,为提高生产效率和保证定位精度,机床设定快速进给,临近终点时自动减速,从而减少运动部件因惯性而引起的定位误差。

(2)直线控制运动

直线控制运动指刀具或工作台以给定的速度按直线运动。

(3)连续控制运动

连续控制运动也称为轮廓控制运动,指刀具或工作台按工件的轮廓轨迹运动,运动轨迹为任意方向的直线、圆弧、抛物线或其他函数关系的曲线。这种数控系统有一个轨迹插补器,根据运动轨迹和速度精确计算并控制各个伺服电机沿轨迹运动。(https://www.xing528.com)

3.按进给伺服系统控制方式分类

由数控装置发出脉冲或电压信号,通过伺服系统控制机床各运动部件运动。数控机床按进给伺服系统控制方式分类有三种形式：开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。

(1)开环控制系统

这种控制系统采用步进电机,无位置测量元件,输入数据经过数控系统运算,输出指令脉冲控制步进电机工作,如图1-2所示,这种控制方式对执行机构不检测,无反馈控制信号,因此称为开环控制系统。开环控制系统的设备成本低,调试方便,操作简单,但控制精度低,工作速度受到步进电机的限制。

图1-2　开环控制系统

(2)闭环控制系统

这种控制系统绝大多数采用伺服电机,有位置测量元件和位置比较电路。如图1-3所示,测量元件安装在工作台上,测出工作台的实际位移值并反馈给数控装置。位置比较电路将测量元件反馈的工作台实际位移值与指令的位移值相比较,用比较的误差值控制伺服电机工作,直至到达实际位置,误差值消除,因此称为闭环控制。闭环控制系统的控制精度高,但要求机床的刚性好,对机床的加工、装配要求高,调试较复杂,而且设备的成本高。

图1-3　闭环控制系统

(3)半闭环控制系统(图1-4)

这种控制系统的位置测量元件不是测量工作台的实际位置,而是测量伺服电机的转角,经过推算得出工作台位移值,反馈至位置比较电路,与指令中的位移值相比较,用比较的误差值控制伺服电机工作。这种用推算间接测量工作台位移的方法,不能补偿数控机床传动链零件的误差,因此称为半闭环控制系统。半闭环控制系统的控制精度高于开环控制系统,调试比闭环控制系统容易,设备的成本介于开环与闭环控制系统之间。

图1-4　半闭环控制系统