按数控机床伺服系统控制方式的不同,数控机床可分为开环控制数控机床、全闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床三种类型。

(1)开环控制数控机床。开环控制数控机床是没有位置测量装置的数控机床。一般以功率步进电动机作为伺服驱动元件,其数控装置发出信号的流程是单向的,其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度,如图1-16所示。开环控制数控机床具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低等优点,在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用,一般用于经济型数控机床。

图1-16　开环控制系统框图

(2)全闭环控制数控机床。全闭环控制数控机床是带有位置检测装置,而且检测装置安装在机床刀架或工作台等执行部件上,用以随时检测这些执行部件的实际位置,并将检测到的实际位置反馈到数控装置的比较器中,与程序指令值进行比较,用差值进行控制,直到差值为零,如图1-17所示。这种闭环控制方式,可以消除由于机械传动部件误差给加工精度带来的影响,因此具有很高的位置控制精度。但由于将丝杠螺母副及工作台导轨副等大惯量环节放在闭环之内,容易造成系统的不稳定,安装和调试都较困难,且结构复杂,价格高。这种控制方式主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床。(www.daowen.com)

图1-17　全闭环控制系统框图

(3)半闭环控制数控机床。半闭环控制数控机床也带有位置检测装置,只是它的位置检测装置安装在伺服电动机上或丝杠的端部,通过检测伺服电动机或传动丝杠的转角间接计算出机床工作台等执行部件的实际位置值,然后与程序指令值进行比较,用差值进行控制,如图1-18所示。由于半闭环控制环内不包括丝杠螺母副及工作台导轨副等大惯量环节,可获得稳定的控制性能。但由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除,其精度较全闭环差。半闭环控制系统结构简单、调试方便、精度也较高,因而在现代数控机床中得到了广泛应用。

图1-18　半闭环控制系统框图