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数控机床分类及其各自主要功能特点

文章出处:http://onecyan.com 作(zuo)者:数控钻(zuan)床人气:发表(biao)时间:2016-11-07 13:43
  一、按加工工艺(yi)方(fang)法(fa)分类(lei)
  
  1.金属切削类数控机床
  
  与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别,具体的控制方式也各不相同,但机床的动作和运动都是数字化控制的,具有较高的生产率和自动化程度。
  
  在普通数控(kong)机(ji)(ji)床(chuang)(chuang)加(jia)装(zhuang)一(yi)个刀(dao)(dao)库(ku)和(he)(he)换(huan)刀(dao)(dao)装(zhuang)置就成为(wei)数控(kong)加(jia)工(gong)中心(xin)(xin)机(ji)(ji)床(chuang)(chuang)。加(jia)工(gong)中心(xin)(xin)机(ji)(ji)床(chuang)(chuang)进(jin)一(yi)步(bu)进(jin)步(bu)了(le)普通数控(kong)机(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)自动(dong)化程度和(he)(he)生(sheng)产效(xiao)率(lv)(lv)。例如铣(xian)、镗(tang)、钻(zuan)(zuan)加(jia)工(gong)中心(xin)(xin),它是在数控(kong)铣(xian)床(chuang)(chuang)基础上(shang)增加(jia)了(le)一(yi)个容量(liang)较大(da)的(de)(de)(de)刀(dao)(dao)库(ku)和(he)(he)自动(dong)换(huan)刀(dao)(dao)装(zhuang)置形成的(de)(de)(de),工(gong)件一(yi)次装(zhuang)夹后(hou),可以(yi)对箱(xiang)(xiang)体零件的(de)(de)(de)四面甚至五(wu)面大(da)部分(fen)加(jia)工(gong)工(gong)序(xu)进(jin)行铣(xian)、镗(tang)、钻(zuan)(zuan)、扩、铰以(yi)及攻螺纹等多(duo)工(gong)序(xu)加(jia)工(gong),特别适合箱(xiang)(xiang)体类零件的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)。加(jia)工(gong)中心(xin)(xin)机(ji)(ji)床(chuang)(chuang)可以(yi)有效(xiao)地(di)避免(mian)由于工(gong)件多(duo)次安装(zhuang)造成的(de)(de)(de)定位误差,减少了(le)机(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)台(tai)数和(he)(he)占地(di)面积,缩短了(le)辅助(zhu)时间,大(da)大(da)进(jin)步(bu)了(le)生(sheng)产效(xiao)率(lv)(lv)和(he)(he)加(jia)工(gong)质量(liang)。
  
  2.特种加工类数控(kong)机(ji)床
  
  除了切(qie)(qie)削加(jia)工数控(kong)(kong)机床以外,数控(kong)(kong)技术也(ye)大量用于数控(kong)(kong)电火(huo)(huo)花(hua)(hua)线切(qie)(qie)割(ge)(ge)机床、数控(kong)(kong)电火(huo)(huo)花(hua)(hua)成型机床、数控(kong)(kong)等离子弧切(qie)(qie)割(ge)(ge)机床、数控(kong)(kong)火(huo)(huo)焰(yan)切(qie)(qie)割(ge)(ge)机床以及数控(kong)(kong)激光(guang)加(jia)工机床等。
  
  3.板材加工类数(shu)控机床
  
  常见的应用于金(jin)属(shu)板材(cai)加工(gong)的数(shu)(shu)控(kong)(kong)机(ji)床(chuang)有数(shu)(shu)控(kong)(kong)压力机(ji)、数(shu)(shu)控(kong)(kong)剪板机(ji)和(he)数(shu)(shu)控(kong)(kong)折(zhe)弯机(ji)等(deng)。
  
  近年来,其它机械设备中也大量(liang)采用了数控技术,如数控多坐标(biao)丈(zhang)量(liang)机、自(zi)动绘图机及产业机器人等。
  
  二、按控制运动轨迹分(fen)类
  
  1. 点位控制数(shu)控机床(chuang)
  
  点(dian)(dian)位控(kong)制数控(kong)机床(chuang)的(de)特点(dian)(dian)是机床(chuang)移(yi)动(dong)(dong)部(bu)件只(zhi)(zhi)能(neng)实现由一(yi)个(ge)(ge)位置(zhi)到另一(yi)个(ge)(ge)位置(zhi)的(de)精确(que)定位,在移(yi)动(dong)(dong)和定位过(guo)程中(zhong)不进行任何加工。机床(chuang)数控(kong)系统只(zhi)(zhi)控(kong)制行程终(zhong)点(dian)(dian)的(de)坐(zuo)(zuo)标(biao)(biao)值,不控(kong)制点(dian)(dian)与点(dian)(dian)之间的(de)运(yun)动(dong)(dong)轨迹(ji),因此几(ji)个(ge)(ge)坐(zuo)(zuo)标(biao)(biao)轴之间的(de)运(yun)动(dong)(dong)无任何联(lian)系。可以几(ji)个(ge)(ge)坐(zuo)(zuo)标(biao)(biao)同时(shi)向(xiang)目标(biao)(biao)点(dian)(dian)运(yun)动(dong)(dong),也可以各个(ge)(ge)坐(zuo)(zuo)标(biao)(biao)单独依(yi)次运(yun)动(dong)(dong)。
  
  这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。
  
  2.直线(xian)控制数(shu)控机床(chuang)
  
  直线(xian)控制数控机(ji)床可控制刀(dao)具或工(gong)作台(tai)以(yi)适当的(de)进给(ji)(ji)速度,沿着平行于坐(zuo)标(biao)轴的(de)方向进行直线(xian)移动和切(qie)削加工(gong),进给(ji)(ji)速度根(gen)据切(qie)削条件可在一定(ding)范(fan)围(wei)内变化。
  
  直(zhi)线控制的(de)简易数控车(che)床,只有两个(ge)坐标轴,可(ke)(ke)加(jia)(jia)工(gong)门路轴。直(zhi)线控制的(de)数控铣(xian)(xian)床,有三个(ge)坐标轴,可(ke)(ke)用于(yu)平面的(de)铣(xian)(xian)削(xue)加(jia)(jia)工(gong)。现代组合机(ji)床采用数控进(jin)给(ji)(ji)伺服系(xi)统,驱动(dong)动(dong)力头(tou)带有多(duo)轴箱的(de)轴向(xiang)进(jin)给(ji)(ji)进(jin)行钻镗加(jia)(jia)工(gong),它也可(ke)(ke)算(suan)是一种直(zhi)线控制数控机(ji)床。
  
  数(shu)控(kong)镗铣床(chuang)(chuang)、加工中心等机(ji)床(chuang)(chuang),它(ta)的各个(ge)坐(zuo)标方向的进给运动的速(su)度能(neng)在一定范(fan)围(wei)内进行调整,兼(jian)有(you)点(dian)位和直线(xian)(xian)控(kong)制加工的功能(neng),这(zhei)类机(ji)床(chuang)(chuang)应该(gai)称为点(dian)位/直线(xian)(xian)控(kong)制的数(shu)控(kong)机(ji)床(chuang)(chuang)。
  
  3. 轮廓控制(zhi)数(shu)控机床
  
  轮廓(kuo)控(kong)制数控(kong)机床(chuang)能够对两(liang)个(ge)或(huo)两(liang)个(ge)以上运动(dong)的位移(yi)及速度(du)进(jin)行(xing)连续相关(guan)的控(kong)制,使合(he)成的平(ping)面(mian)或(huo)空间的运动(dong)轨迹能满足(zu)零件轮廓(kuo)的要求。它不仅能控(kong)制机床(chuang)移(yi)动(dong)部件的出发点(dian)与终点(dian)坐(zuo)标,而且能控(kong)制整个(ge)加(jia)工(gong)轮廓(kuo)每一点(dian)的速度(du)和位移(yi),将工(gong)件加(jia)工(gong)成要求的轮廓(kuo)外形。
  
  常用(yong)的数(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)车床、数(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)铣(xian)床、数(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)磨床就(jiu)是典型的轮(lun)廓(kuo)(kuo)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)数(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)机(ji)床。数(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)火焰切(qie)割机(ji)、电火花加(jia)(jia)工机(ji)床以(yi)及数(shu)(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)绘图机(ji)等也采用(yong)了轮(lun)廓(kuo)(kuo)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系统。轮(lun)廓(kuo)(kuo)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)系统的结构要比点位/直线控(kong)(kong)(kong)系统更为复杂(za),在加(jia)(jia)工过程中需要不断进行插(cha)补运算,然后(hou)进行相应的速度(du)与位移控(kong)(kong)(kong)制(zhi)。
  
  现在计(ji)算机数控装(zhuang)(zhuang)置(zhi)的控制功(gong)能(neng)均(jun)由(you)软件实现,增加轮廓控制功(gong)能(neng)不会带来本钱的增加。因此,除(chu)少数专(zhuan)用控制系统(tong)外,现代计(ji)算机数控装(zhuang)(zhuang)置(zhi)都具(ju)有(you)轮廓控制功(gong)能(neng)。
  
  三、按驱动装置的特点分类
  
  1. 开环(huan)控制数(shu)控机床
  
  这类控(kong)制的数(shu)控(kong)机(ji)床(chuang)是(shi)(shi)其控(kong)制系(xi)统没有位(wei)置(zhi)检测元(yuan)件,伺(si)服驱动(dong)(dong)(dong)部件通常为反(fan)应式(shi)步进电动(dong)(dong)(dong)机(ji)或混合式(shi)伺(si)服步进电动(dong)(dong)(dong)机(ji)。数(shu)控(kong)系(xi)统每发出(chu)一(yi)个进给指令,经驱动(dong)(dong)(dong)电路功率放大后(hou),驱动(dong)(dong)(dong)步进电机(ji)旋转一(yi)个角度,再(zai)经过(guo)齿轮减速(su)装置(zhi)带动(dong)(dong)(dong)丝杠旋转,通过(guo)丝杠螺(luo)母(mu)机(ji)构转换为移(yi)(yi)动(dong)(dong)(dong)部件的直线位(wei)移(yi)(yi)。移(yi)(yi)动(dong)(dong)(dong)部件的移(yi)(yi)动(dong)(dong)(dong)速(su)度与(yu)位(wei)移(yi)(yi)量是(shi)(shi)由(you)输(shu)进脉(mai)(mai)冲的频率与(yu)脉(mai)(mai)冲数(shu)所(suo)决定的。此类数(shu)控(kong)机(ji)床(chuang)的信息流(liu)是(shi)(shi)单向的,即进给脉(mai)(mai)冲发出(chu)往(wang)后(hou),实际移(yi)(yi)动(dong)(dong)(dong)值不(bu)再(zai)反(fan)馈回(hui)来(lai),所(suo)以称(cheng)为开(kai)环控(kong)制数(shu)控(kong)机(ji)床(chuang)。
  
  开(kai)环(huan)控制系(xi)统的(de)数控机床结构简单,本(ben)钱较低(di)。但是,系(xi)统对移(yi)动(dong)部件的(de)实际位移(yi)量不进(jin)行监测,也(ye)不能进(jin)行误(wu)差(cha)校正。因此(ci),步进(jin)电动(dong)机的(de)失步、步距角误(wu)差(cha)、齿轮与丝杠等传动(dong)误(wu)差(cha)都(dou)将影响被加工零件的(de)精(jing)度(du)。开(kai)环(huan)控制系(xi)统仅适用于(yu)加工精(jing)度(du)要(yao)求不很高的(de)中(zhong)小型(xing)数控机床,特(te)别是简易经济型(xing)数控机床。
  
  2. 闭(bi)环(huan)控(kong)制数控(kong)机床
  
  闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置,直接对工作台的实际位移进行检测,将丈量的实际位移值反馈到数控装置中,与输进的指令位移值进行比较,用差值对机床进行控制,使移动部件按照实际需要的位移量运动,终极实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲,闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度,也与传动链的误差无关,因此其控制精度高。图1-3所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中A为速度传感器、C为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时,若工作台没有移动,则没有反馈量,指令值使得伺服电动机转动,通过A将速度反馈信号送到速度控制电路,通过C将工作台实际位移量反馈回往,在位置比较电路中与位移指令值相比较,用比较后得到的差值进行位置控制,直至差值为零时为止。这类控制的数控机床,因把机床工作台纳进了控制环节,故称为闭环控制数控机床。
  
  闭环控制数控机(ji)床的定位(wei)精度高,但调试和维修都较困难,系统复杂,本(ben)钱高。
  
  3. 半闭(bi)环控制数(shu)控机床(chuang)
  
  半闭(bi)环控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)数(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)机(ji)床是在伺(si)(si)服电动机(ji)的轴或数(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)机(ji)床的传动丝杠(gang)上装(zhuang)(zhuang)有角位移电流检(jian)测(ce)装(zhuang)(zhuang)置(如光电编码(ma)器(qi)等),通过检(jian)测(ce)丝杠(gang)的转角间接地(di)检(jian)测(ce)移动部件的实际位移,然后反馈到数(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)装(zhuang)(zhuang)置中往,并(bing)对误差(cha)进行修正。通过测(ce)速(su)元件A和光电编码(ma)盘B可间接检(jian)测(ce)出伺(si)(si)服电动机(ji)的转速(su),从而推算(suan)出工作台的实际位移量,将(jiang)此(ci)值(zhi)与指令值(zhi)进行比较,用差(cha)值(zhi)来(lai)实现控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)。由于(yu)工作台没(mei)有包(bao)括在控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)回路中,因而称为半闭(bi)环控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)数(shu)(shu)控(kong)(kong)(kong)机(ji)床。
  
  半闭环控(kong)制(zhi)数控(kong)系统(tong)的调试比较(jiao)方(fang)便(bian),并且具有很好的稳定性。目前(qian)大多将角度(du)检测装(zhuang)置和(he)伺(si)服电动(dong)机(ji)设(she)计成一体,这样,使结构(gou)更(geng)加紧凑。
  
  4.混合控制数(shu)控机床
  
  将以上三类数(shu)控机(ji)床的(de)(de)特点结合(he)起来,就(jiu)形成(cheng)了混合(he)控制(zhi)数(shu)控机(ji)床。混合(he)控制(zhi)数(shu)控机(ji)床特别适用于大型或重型数(shu)控机(ji)床,由于大型或重型数(shu)控机(ji)床需(xu)要(yao)较高的(de)(de)进给速度(du)与(yu)(yu)相(xiang)当高的(de)(de)精度(du),其(qi)传动链惯(guan)量与(yu)(yu)力矩大,假如只采用全(quan)闭环(huan)控制(zhi),机(ji)床传动链和(he)工作(zuo)台全(quan)部置于控制(zhi)闭环(huan)中(zhong),闭环(huan)调(diao)试比较复(fu)杂。混合(he)控制(zhi)系(xi)统又分(fen)为(wei)两种形式:
  
  (1)开环补偿型。它的(de)(de)基本控(kong)制选用步进电动机的(de)(de)开环伺服机构,另(ling)外附加一个校正电路。用装(zhuang)在工作(zuo)台的(de)(de)直线(xian)位移丈量(liang)元(yuan)件的(de)(de)反馈信号校正机械系统的(de)(de)误差。
  
  (2)半(ban)闭环补偿型。它是(shi)用半(ban)闭环控制方(fang)式取得高精度(du)控制,再用装(zhuang)在(zai)工作台上的直(zhi)线(xian)位(wei)移(yi)丈量(liang)元件实现全闭环修正,以获得高速度(du)与高精度(du)的同一。其(qi)中A是(shi)速度(du)丈量(liang)元件(如(ru)测速发(fa)电机),B是(shi)角度(du)丈量(liang)元件,C是(shi)直(zhi)线(xian)位(wei)移(yi)丈量(liang)元件。