理论教育 数控机床的分类及控制系统优化解析

数控机床的分类及控制系统优化解析

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:普通数控机床在自动化程度上还不够完善,刀具的更换与零件的装夹仍需人工来完成。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。采用这类控制的有数控铣床、数控车床和数控磨床等。图5-6 半闭环控制系统这种控制系统的伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构,为大多数中小型数控机床所采用。

数控机床的分类及控制系统优化解析

1.按自动化程度分类

(1)普通数控机床 普通数控机床一般指在加工工艺过程中的一个工序上实现数字控制的自动化机床,如数控铣床数控车床、数控钻床、数控磨床与数控齿轮加工机床等。普通数控机床在自动化程度上还不够完善,刀具的更换与零件的装夹仍需人工来完成。

(2)加工中心 加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床,它将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能组合在一起,零件在一次装夹后,可以将其大部分的加工面进行铣、镗、钻、扩、铰及攻螺纹等多工序加工。由于加工中心能有效地避免因多次安装造成的定位误差,所以它适用产品更换频繁、零件形状复杂、精度要求高、生产批量不大而生产周期短的产品。

2.按运动轨迹分类

(1)点位控制数控机床 如图5-2所示,点位控制是指数控系统只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位,然后进行定点加工,运动过程中不进行任何加工,且点与点之间的路径也不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。

(2)点位直线控制数控机床 如图5-3所示,点位直线控制是指数控系统除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外,还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。该直线只能是平行于坐标轴的直线,不能加工任意的斜线。采用这类控制的有数控铣床、数控车床和数控磨床等。

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图5-2 点位控制加工示意图

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图5-3 点位直线加工示意图

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图5-4 轮廓控制加工示意图

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图5-5 开环控制系统(www.daowen.com)

(3)轮廓控制数控机床 轮廓控制也称为连续轨迹控制,如图5-4所示,能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓,数控装置具有插补运算的功能,使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线,并协调各坐标方向的运动速度,以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。适用范围:数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面零件的机床。现代的数控机床基本上都装备这种数控系统。

3.按控制方式分类

(1)开环控制系统 开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统,由步进电动机驱动电路和步进电动机组成,如图5-5所示。数控装置经过控制运算发出脉冲信号,每一脉冲信号使步进电动机转动一定的角度,工作台移动一定的距通过滚珠丝杠推动离。

这种控制系统的伺服机构比较简单,工作稳定,容易掌握使用,但精度和速度的提高受到限制。

(2)半闭环控制系统 如图5-6所示,半闭环控制系统是在伺服电动机轴或丝杆轴端部装有角位移检测装置,通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接检测移动部件的位移,反馈到数控装置的比较器中,与输入的原指令位移值进行比较,用比较后的差值进行控制,使移动部件补充位移,直到差值消除为止的控制系统。

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图5-6 半闭环控制系统

这种控制系统的伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构,为大多数中小型数控机床所采用。

(3)闭环控制系统 如图5-7所示,闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置,将检测到的实际位移反馈到数控装置的比较器中,与输入的原指令位移值进行比较,用比较后的差值控制移动部件作补充位移,直到差值消除时才停止移动,达到精确定位的控制系统。

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图5-7 闭环控制系统

闭环控制系统的定位精度高于半闭环控制,但结构比较复杂,调试维修的难度较大,常用于高精度和大型数控机床。

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