數控機(jī)床分(fēn)類及其各自(zì)主要功能特點

一、按加工(gōng)工(gōng)藝方法分(fēn)類

1．金屬切削類數控機(jī)床

與傳統的車、銑、鑽、磨、齒輪加工(gōng)相(xiàng)對應的數控機(jī)床有數控車床、數控銑床、數控鑽床、數控磨床、數控齒輪加工(gōng)機(jī)床等。盡管這些數控機(jī)床在加工(gōng)工(gōng)藝方法上存在很大(dà)差别，具體(tǐ)的控制方式也各不相(xiàng)同，但(dàn)機(jī)床的動作(zuò)和運動都(dōu)是數字化控制的，具有較高的生(shēng)産率和自(zì)動化程度。

在普通數控機(jī)床加裝一個刀庫和換刀裝置就(jiù)成爲數控加工(gōng)中心機(jī)床。加工(gōng)中心機(jī)床進一步進步了普通數控機(jī)床的自(zì)動化程度和生(shēng)産效率。例如(rú)銑、镗、鑽加工(gōng)中心，它是在數控銑床基礎上增加了一個容量較大(dà)的刀庫和自(zì)動換刀裝置形成的，工(gōng)件(jiàn)一次裝夾後，可(kě)以對箱體(tǐ)零件(jiàn)的四面甚至五面大(dà)部分(fēn)加工(gōng)工(gōng)序進行銑、镗、鑽、擴、鉸以及攻螺紋等多工(gōng)序加工(gōng)，特别适合箱體(tǐ)類零件(jiàn)的加工(gōng)。加工(gōng)中心機(jī)床可(kě)以地避免由于工(gōng)件(jiàn)多次安裝造成的定位誤差，減少了機(jī)床的台數和占地面積，縮短(duǎn)了輔助時間，進步了生(shēng)産效率和加工(gōng)質量。

2．特種加工(gōng)類數控機(jī)床

除了切削加工(gōng)數控機(jī)床以外，數控技術(shù)也大(dà)量用于數控電火(huǒ)花線切割機(jī)床、數控電火(huǒ)花成型機(jī)床、數控等離(lí)子弧切割機(jī)床、數控火(huǒ)焰切割機(jī)床以及數控激光(guāng)加工(gōng)機(jī)床等。

3．闆材加工(gōng)類數控機(jī)床

常見(jiàn)的應用于金屬闆材加工(gōng)的數控機(jī)床有數控壓力機(jī)、數控剪闆機(jī)和數控折彎機(jī)等。

近年(nián)來(lái)，其它機(jī)械設備中也大(dà)量采用了數控技術(shù)，如(rú)數控多坐(zuò)标丈量機(jī)、自(zì)動繪圖機(jī)及産業機(jī)器人(rén)等。

二、按控制運動軌迹分(fēn)類

1． 點位控制數控機(jī)床

點位控制數控機(jī)床的特點是機(jī)床移動部件(jiàn)隻能實現由一個位置到另一個位置的定位，在移動和定位過程中不進行任何加工(gōng)。機(jī)床數控系統隻控制行程終點的坐(zuò)标值，不控制點與點之間的運動軌迹，因此幾個坐(zuò)标軸之間的運動無任何聯系。可(kě)以幾個坐(zuò)标同時向目标點運動，也可(kě)以各個坐(zuò)标單獨依次運動。

這類數控機(jī)床主要有數控坐(zuò)标镗床、數控鑽床、數控沖床、數控點焊機(jī)等。點位控制數控機(jī)床的數控裝置稱爲點位數控裝置。

2．直線控制數控機(jī)床

直線控制數控機(jī)床可(kě)控制刀具或工(gōng)作(zuò)台以适當的進給速度，沿着平行于坐(zuò)标軸的方向進行直線移動和切削加工(gōng)，進給速度根據切削條件(jiàn)可(kě)在範圍内變化。

直線控制的簡易數控車床，隻有兩個坐(zuò)标軸，可(kě)加工(gōng)門(mén)路(lù)軸。直線控制的數控銑床，有三個坐(zuò)标軸，可(kě)用于平面的銑削加工(gōng)。現代組合機(jī)床采用數控進給伺服系統，驅動動力頭帶有多軸箱的軸向進給進行鑽镗加工(gōng)，它也可(kě)算是一種直線控制數控機(jī)床。

數控镗銑床、加工(gōng)中心等機(jī)床，它的各個坐(zuò)标方向的進給運動的速度能在範圍内進行調整，兼有點位和直線控制加工(gōng)的功能，這類機(jī)床應該稱爲點位/直線控制的數控機(jī)床。

3． 輪廓控制數控機(jī)床

輪廓控制數控機(jī)床能夠對兩個或兩個以上運動的位移及速度進行連續相(xiàng)關的控制，使合成的平面或空間的運動軌迹能滿足零件(jiàn)輪廓的要求。它不僅能控制機(jī)床移動部件(jiàn)的出發點與終點坐(zuò)标，而且能控制整個加工(gōng)輪廓每一點的速度和位移，将工(gōng)件(jiàn)加工(gōng)成要求的輪廓外形。

常用的數控車床、數控銑床、數控磨床就(jiù)是典型的輪廓控制數控機(jī)床。數控火(huǒ)焰切割機(jī)、電火(huǒ)花加工(gōng)機(jī)床以及數控繪圖機(jī)等也采用了輪廓控制系統。輪廓控制系統的結構要比點位/直線控系統複雜，在加工(gōng)過程中需要不斷進行插補運算，然後進行相(xiàng)應的速度與位移控制。

現在計(jì)算機(jī)數控裝置的控制功能均由軟件(jiàn)實現，增加輪廓控制功能不會帶來(lái)本錢的增加。因此，除少數控制系統外，現代計(jì)算機(jī)數控裝置都(dōu)具有輪廓控制功能。

三、按驅動裝置的特點分(fēn)類

1． 開環控制數控機(jī)床

這類控制的數控機(jī)床是其控制系統沒有位置檢測元件(jiàn)，伺服驅動部件(jiàn)通常爲反應式步進電動機(jī)或混合式伺服步進電動機(jī)。數控系統每發出一個進給指令，經驅動電路(lù)功率放(fàng)大(dà)後，驅動步進電機(jī)旋轉一個角度，再經過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉，通過絲杠螺母機(jī)構轉換爲移動部件(jiàn)的直線位移。移動部件(jiàn)的移動速度與位移量是由輸進脈沖的頻率與脈沖數所決定的。此類數控機(jī)床的信息流是單向的，即進給脈沖發出往後，實際移動值不再反饋回來(lái)，所以稱爲開環控制數控機(jī)床。

開環控制系統的數控機(jī)床結構簡單，本錢較低。但(dàn)是，系統對移動部件(jiàn)的實際位移量不進行監測，也不能進行誤差校(xiào)正。因此，步進電動機(jī)的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都(dōu)将影(yǐng)響被加工(gōng)零件(jiàn)的精度。開環控制系統僅适用于加工(gōng)精度要求不很高的中小型數控機(jī)床，特别是簡易經濟型數控機(jī)床。

2． 閉環控制數控機(jī)床

閉環控制數控機(jī)床是在機(jī)床移動部件(jiàn)上直接安裝直線位移檢測裝置，直接對工(gōng)作(zuò)台的實際位移進行檢測，将丈量的實際位移值反饋到數控裝置中，與輸進的指令位移值進行比較，用差值對機(jī)床進行控制，使移動部件(jiàn)按照(zhào)實際需要的位移量運動，實現移動部件(jiàn)的運動和定位。從(cóng)理(lǐ)論上講，閉環系統的運動精度主要取決于檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關，因此其控制。圖1-3所示的爲閉環控制數控機(jī)床的系統框圖。圖中A爲速度傳感器、C爲直線位移傳感器。當位移指令值發送到位置比較電路(lù)時，若工(gōng)作(zuò)台沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得(de)伺服電動機(jī)轉動，通過A将速度反饋信号送到速度控制電路(lù)，通過C将工(gōng)作(zuò)台實際位移量反饋回往，在位置比較電路(lù)中與位移指令值相(xiàng)比較，用比較後的差值進行位置控制，直至差值爲零時爲止。這類控制的數控機(jī)床，因把機(jī)床工(gōng)作(zuò)台納進了控制環節，故稱爲閉環控制數控機(jī)床。

閉環控制數控機(jī)床的定位，但(dàn)調試和維修都(dōu)較困難，系統複雜，本錢高。

3． 半閉環控制數控機(jī)床

半閉環控制數控機(jī)床是在伺服電動機(jī)的軸或數控機(jī)床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如(rú)光(guāng)電編碼器等），通過檢測絲杠的轉角間接地檢測移動部件(jiàn)的實際位移，然後反饋到數控裝置中往，并對誤差進行修正。通過測速元件(jiàn)A和光(guāng)電編碼盤B可(kě)間接檢測出伺服電動機(jī)的轉速，從(cóng)而推算出工(gōng)作(zuò)台的實際位移量，将此值與指令值進行比較，用差值來(lái)實現控制。由于工(gōng)作(zuò)台沒有包括在控制回路(lù)中，因而稱爲半閉環控制數控機(jī)床。

半閉環控制數控系統的調試比較方便，并且具有很好的穩定性。目前大(dà)多将角度檢測裝置和伺服電動機(jī)設計(jì)成一體(tǐ)，這樣，使結構緊湊。

4．混合控制數控機(jī)床

将以上三類數控機(jī)床的特點結合起來(lái)，就(jiù)形成了混合控制數控機(jī)床。混合控制數控機(jī)床特别适用于大(dà)型或重型數控機(jī)床，由于大(dà)型或重型數控機(jī)床需要較高的進給速度與相(xiàng)當高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大(dà)，假如(rú)隻采用全閉環控制，機(jī)床傳動鏈和工(gōng)作(zuò)台全部置于控制閉環中，閉環調試比較複雜。混合控制系統又分(fēn)爲兩種形式：

（1）開環補償型。它的基本控制選用步進電動機(jī)的開環伺服機(jī)構，另外附加一個校(xiào)正電路(lù)。用裝在工(gōng)作(zuò)台的直線位移丈量元件(jiàn)的反饋信号校(xiào)正機(jī)械系統的誤差。

（2）半閉環補償型。它是用半閉環控制方式取得(de)控制，再用裝在工(gōng)作(zuò)台上的直線位移丈量元件(jiàn)實現全閉環修正，以獲得(de)高速度與的同一。其中A是速度丈量元件(jiàn)（如(rú)測速發電機(jī)），B是角度丈量元件(jiàn)，C是直線位移丈量元件(jiàn)。