數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

　　數(shù)控車(chē)床的特點(diǎn)是加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好;生產(chǎn)效率高;自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低;控制復(fù)雜，維護(hù)成本高。數(shù)控車(chē)床一般應(yīng)用于精度較高、大批量生產(chǎn)的零件。數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了必要的措施以及具有機(jī)電結(jié)合的特點(diǎn)決定的。首先是在結(jié)構(gòu)上引入了滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)、各種消除間隙結(jié)構(gòu)等，使機(jī)械傳動(dòng)的誤差盡可能小;其次是采用了軟件精度補(bǔ)償技術(shù)，使機(jī)械誤差進(jìn)一步減小;第三是用程序控制加工，減少了人為因素對(duì)加工精度的影響。這些措施不僅保證了較高的加工精度，同時(shí)還保持了較高的質(zhì)量穩(wěn)定性那么數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)是怎樣的呢?

　　一、數(shù)控機(jī)床按加工工藝分類(lèi)：

　　(1)一般數(shù)控機(jī)床。這類(lèi)機(jī)床和傳統(tǒng)的通用機(jī)床種類(lèi)一樣，有數(shù)控的車(chē)、銑、 鏜、鉆、磨床等等， 而且每一種又有很多品種，例如數(shù)控銑床中就有立銑、臥銑、工具銑、龍門(mén)銑等。這類(lèi)機(jī)床的工藝可能性和通用機(jī)床相似，所不同的是它能加工復(fù)雜形狀的零件。

　　(2)多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。有些復(fù)雜形狀的零件，用三坐標(biāo)的數(shù)控機(jī)床還是無(wú)法加工，如螺旋槳、飛機(jī)曲面零件的加工等，需要三個(gè)以上坐標(biāo)的合成運(yùn)動(dòng)才能加工出所需形狀。于是出現(xiàn)了多坐標(biāo)的數(shù)控機(jī)床，其特點(diǎn)是數(shù)控裝置控制的軸數(shù)較多，機(jī)床結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，其坐標(biāo)軸數(shù)通常取決于加工零件的工藝要求?，F(xiàn)在常用的是4，5，6坐標(biāo)的數(shù)控機(jī)床。

　　(3)數(shù)控加工中心機(jī)床。這類(lèi)機(jī)床是在一般數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它是在一般數(shù)控機(jī)床上加裝一個(gè)刀庫(kù)(可容納10-100多把刀具)和自動(dòng)換刀裝置而構(gòu)成的一種帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床(又稱(chēng)多工序數(shù)控機(jī)床或鏜銑類(lèi)加工中心，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱(chēng)為加工中心——Machining Center)， 這使數(shù)控機(jī)床更進(jìn)一步地向自動(dòng)化和高效化方向發(fā)展 。

　　數(shù)控加工中心機(jī)床和一般數(shù)控機(jī)床的區(qū)別是:工件經(jīng)一次裝夾后,數(shù)控裝置就能控制機(jī)床自動(dòng)地更換刀具，連續(xù)地對(duì)工件各加工面自動(dòng)地完成銑 ( 車(chē) ) 、鏜、鉆、鉸及攻絲等多工序加工。這類(lèi)機(jī)床大多是以鏜銑為主的，主要用來(lái)加工箱體零件。它和一般的數(shù)控機(jī)床相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　① 減少機(jī)床臺(tái)數(shù), 便于管理，對(duì)于多工序的零件只要一臺(tái)機(jī)床就能完成全部加工，并可以減少半成品的庫(kù)存量;

　　② 由于工件只要一次裝夾，因此減少了由于多次安裝造成的定位誤差，可以依靠機(jī)床精度來(lái)保證加工質(zhì)量;

　?、?工序集中，減少了輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)率;

　?、?由于零件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾就能完成多道工序加工，所以大大減少了專(zhuān)用工夾具的數(shù)量，進(jìn)一步縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。

　　由于數(shù)控加工中心機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)很多，深受用戶(hù)歡迎，因此在數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)中占有很重要的地位。

　　另外還有一類(lèi)加工中心，是在車(chē)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，以軸類(lèi)零件為主要加工對(duì)象。除可進(jìn)行車(chē)削、鏜削外，還可以進(jìn)行端面和周面上任意部位的鉆削、銑削和攻絲加工。這類(lèi)加工中心也設(shè)有刀庫(kù)，可安裝4-12把刀具，習(xí)慣上稱(chēng)此類(lèi)機(jī)床為車(chē)削中心(TC：Turning Center) 。

　　數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

　　二、數(shù)控機(jī)床的按運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)：

　　按照能夠控制的刀具與工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡，可將數(shù)控機(jī)床分為點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床、輪廓控制數(shù)控機(jī)床等?，F(xiàn)分述如下：

　　(1) 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床。 這類(lèi)機(jī)床的數(shù)控裝置只能控制機(jī)床移動(dòng)部件從一個(gè)位置 ( 點(diǎn) ) 精確地移動(dòng)到另一個(gè)位置 ( 點(diǎn) ) ，即僅控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行任何切削加工，至于兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)速度及路線則取決于生產(chǎn)率。為了在精確定位的基礎(chǔ)上有盡可能高的生產(chǎn)率，所以?xún)上嚓P(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)先是以快速移動(dòng)到接近新的位置，然后降速 1-3 級(jí)，使之慢速趨近定位點(diǎn)，以保證其定位精度。

　　這類(lèi)機(jī)床主要 數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床和數(shù)控測(cè)量機(jī)等，其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱(chēng)之為點(diǎn)位控制裝置。

　　(2) 點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床。 這類(lèi)機(jī)床工作時(shí)，不僅要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的位置 (即距離)，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)速度和路線(即軌跡)。其路線一般都由和各軸線平行的直線段組成。它和點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的區(qū)別在于：當(dāng)機(jī)床的移動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，可以沿一個(gè)坐標(biāo)軸的方向(一般地也可以沿45°斜線進(jìn)行切削，但不能沿任意斜率的直線切削)進(jìn)行切削加工，而且其輔助功能比點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床多，例如，要增加主軸轉(zhuǎn)速控制、循環(huán)進(jìn)給加工、刀具選擇等功能。

　　這類(lèi)機(jī)床主要有簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床、數(shù)控鏜銑床和數(shù)控加工中心等。相應(yīng)的數(shù)控裝置稱(chēng)之為點(diǎn)位直線控制裝置。

　　(3) 輪廓控制數(shù)控機(jī)床。這類(lèi)機(jī)床的控制裝置能夠同時(shí)對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)控制。加工時(shí)不僅要控制起點(diǎn)和終點(diǎn)，還要控制整個(gè)加工過(guò)程中每點(diǎn)的速度和位置，使機(jī)床加工出符合圖紙要求的復(fù)雜形狀的零件。它的輔助功能亦比較齊全。

　　三、數(shù)控機(jī)床的按伺服系統(tǒng)的控制方式分類(lèi)

　　數(shù)控機(jī)床按照對(duì)被控制量有無(wú)檢測(cè)反饋裝置可以分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種。在閉環(huán)系統(tǒng)中，根據(jù)測(cè)量裝置安放的位置又可以將其分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還發(fā)展了一種開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型數(shù)控系統(tǒng)。

　　數(shù)控裝置發(fā)出信號(hào)的流程是單向的，所以不存在系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。也正是由于信號(hào)的單向流程,它對(duì) 機(jī)床移動(dòng)部件的實(shí)際位置不作檢驗(yàn)，所以機(jī)床加工精度不高，其精度主要取決于伺服系統(tǒng)的性能。 工作過(guò)程是: 輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置運(yùn)算分配出指令脈沖,通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)(伺服元件常為步進(jìn)電機(jī))使被控工作臺(tái)移動(dòng)。

　　這種機(jī)床工作比較穩(wěn)定、反應(yīng)迅速、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單，但其控制精度受到限制。 它適用于一般要求的中、小型數(shù)控機(jī)床。

　　閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。由于開(kāi)環(huán)控制精度達(dá)不到精密機(jī)床和大型機(jī)床的要求，所以必須檢測(cè)它的實(shí)際工作位置，為此，在開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床上增加檢測(cè)反饋裝置，在加工中時(shí)刻檢測(cè)機(jī)床移動(dòng)部件的位置，使之和數(shù)控裝置所要求的位置相符合，以期達(dá)到很高的加工精度。

　　閉環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)指令值發(fā)送到位置比較電路時(shí)，此時(shí)若工作臺(tái)沒(méi)有移動(dòng)，則沒(méi)有反饋量，指令值使得伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)A將速度反饋信號(hào)送到速度控制電路，通過(guò)C將工作臺(tái)實(shí)際位移量反饋回去，在位置比較電路中與指令值進(jìn)行比較，用比較的差值進(jìn)行控制，直至差值消除時(shí)為止，最終實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的精確定位。這類(lèi)機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是精度高、速度快，但是調(diào)試和維修比較復(fù)雜。其關(guān)鍵是系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)穩(wěn)定性給予足夠的重視

　　(2) 開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型數(shù)控機(jī)床。將上述三種控制方式的特點(diǎn)有選擇地集中起來(lái)，可以組成混合控制的方案 。這在大型數(shù)控機(jī)床中是人們多年研究的題目，現(xiàn)在已成為現(xiàn)實(shí)。因?yàn)椋笮蛿?shù)控機(jī)床，需要高得多的進(jìn)給速度和返回速度，又需要相當(dāng)高的精度。如果只采用全閉環(huán)的控制，機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺(tái)全部置于控制環(huán)節(jié)中，因素十分復(fù)雜，盡管安裝調(diào)試多經(jīng)周折，仍然困難重重。為了避開(kāi)這些矛盾，可以采用混合控制方式。在具體方案中它又可分為兩種形式：一是開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型;一是半閉環(huán)補(bǔ)償型。這里僅將開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型控制數(shù)控機(jī)床加以介紹。

　　(3) 開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型控制方式的組成框圖。它的特點(diǎn)是：基本控制選用步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)控制伺服機(jī)構(gòu)，附加一個(gè)校正伺服電路。通過(guò)裝在工作臺(tái)上的直線位移測(cè)量元件的反饋信號(hào)來(lái)校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差。

　　四、數(shù)控機(jī)床按其實(shí)現(xiàn)數(shù)控邏輯功能控制的數(shù)控裝置分類(lèi)：

　　(1)硬線數(shù)控(稱(chēng)普通數(shù)控，即NC)。 這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)的輸入、插補(bǔ)運(yùn)算、控制等功能均由集成電路或分立元件等器件實(shí)現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床不同，其控制電路也不同，因此系統(tǒng)的通用性較差，因其全部由硬件組成，所以功能和靈活性也較差。這類(lèi)系統(tǒng)在 70 年代以前應(yīng)用得比較廣泛。

　　(2)軟線數(shù)控(又稱(chēng)計(jì)算機(jī)數(shù)控或微機(jī)數(shù)控，即CNC或MNC)。 這類(lèi)系統(tǒng)利用中、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路組成 CNC 裝置，或用微機(jī)與專(zhuān)用集成芯片組成，其主要的數(shù)控功能幾乎全由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)， 對(duì)于不同的數(shù)控機(jī)床，只須編制不同的軟件就可以實(shí)現(xiàn)，而硬件幾乎 可以通用。因而靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)，也便于批量生產(chǎn)，模塊化的軟、硬件，提高了系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。所以，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都采用 CNC 裝置。