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一、按加工工藝方法分類
1.金屬切削類數(shù)控機床
與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對應的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床等。盡管這些數(shù)控機床在加工工藝方法上存在很大差別,具體的控制方式也各不相同,但機床的動作和運動都是數(shù)字化控制的,具有較高的生產(chǎn)率和自動化程度。
在普通數(shù)控機床加裝一個刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機床。加工中心機床進一步進步了普通數(shù)控機床的自動化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心,它是在數(shù)控銑床基礎上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀裝置形成的,工件一次裝夾后,可以對箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進行銑、鏜、鉆、擴、鉸以及攻螺紋等多工序加工,特別適合箱體類零件的加工。加工中心機床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差,減少了機床的臺數(shù)和占地面積,縮短了輔助時間,大大進步了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。
2.特種加工類數(shù)控機床
除了切削加工數(shù)控機床以外,數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控電火花成型機床、數(shù)控等離子弧切割機床、數(shù)控火焰切割機床以及數(shù)控激光加工機床等。
3.板材加工類數(shù)控機床
常見的應用于金屬板材加工的數(shù)控機床有數(shù)控壓力機、數(shù)控剪板機和數(shù)控折彎機等。
近年來,其它機械設備中也大量采用了數(shù)控技術(shù),如數(shù)控多坐標丈量機、自動繪圖機及產(chǎn)業(yè)機器人等。
二、按控制運動軌跡分類
1. 點位控制數(shù)控機床
點位控制數(shù)控機床的特點是機床移動部件只能實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確定位,在移動和定位過程中不進行任何加工。機床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點的坐標值,不控制點與點之間的運動軌跡,因此幾個坐標軸之間的運動無任何聯(lián)系??梢詭讉€坐標同時向目標點運動,也可以各個坐標單獨依次運動。
這類數(shù)控機床主要有數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點焊機等。點位控制數(shù)控機床的數(shù)控裝置稱為點位數(shù)控裝置。
2.直線控制數(shù)控機床
直線控制數(shù)控機床可控制刀具或工作臺以適當?shù)倪M給速度,沿著平行于坐標軸的方向進行直線移動和切削加工,進給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。
直線控制的簡易數(shù)控車床,只有兩個坐標軸,可加工門路軸。直線控制的數(shù)控銑床,有三個坐標軸,可用于平面的銑削加工?,F(xiàn)代組合機床采用數(shù)控進給伺服系統(tǒng),驅(qū)動動力頭帶有多軸箱的軸向進給進行鉆鏜加工,它也可算是一種直線控制數(shù)控機床。
數(shù)控鏜銑床、加工中心等機床,它的各個坐標方向的進給運動的速度能在一定范圍內(nèi)進行調(diào)整,兼有點位和直線控制加工的功能,這類機床應該稱為點位/直線控制的數(shù)控機床。
3. 輪廓控制數(shù)控機床
輪廓控制數(shù)控機床能夠?qū)蓚€或兩個以上運動的位移及速度進行連續(xù)相關(guān)的控制,使合成的平面或空間的運動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機床移動部件的出發(fā)點與終點坐標,而且能控制整個加工輪廓每一點的速度和位移,將工件加工成要求的輪廓外形。
常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機床。數(shù)控火焰切割機、電火花加工機床以及數(shù)控繪圖機等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點位/直線控系統(tǒng)更為復雜,在加工過程中需要不斷進行插補運算,然后進行相應的速度與位移控制。
現(xiàn)在計算機數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實現(xiàn),增加輪廓控制功能不會帶來本錢的增加。因此,除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外,現(xiàn)代計算機數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。
三、按驅(qū)動裝置的特點分類
1. 開環(huán)控制數(shù)控機床
這類控制的數(shù)控機床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件,伺服驅(qū)動部件通常為反應式步進電動機或混合式伺服步進電動機。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進給指令,經(jīng)驅(qū)動電路功率放大后,驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)一個角度,再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉(zhuǎn),通過絲杠螺母機構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。移動部件的移動速度與位移量是由輸進脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機床的信息流是單向的,即進給脈沖發(fā)出往后,實際移動值不再反饋回來,所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機床。
開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡單,本錢較低。但是,系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進行監(jiān)測,也不能進行誤差校正。因此,步進電動機的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機床,特別是簡易經(jīng)濟型數(shù)控機床。
2. 閉環(huán)控制數(shù)控機床
閉環(huán)控制數(shù)控機床是在機床移動部件上直接安裝直線位移檢測裝置,直接對工作臺的實際位移進行檢測,將丈量的實際位移值反饋到數(shù)控裝置中,與輸進的指令位移值進行比較,用差值對機床進行控制,使移動部件按照實際需要的位移量運動,終極實現(xiàn)移動部件的精確運動和定位。從理論上講,閉環(huán)系統(tǒng)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(guān),因此其控制精度高。圖1-3所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機床的系統(tǒng)框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當位移指令值發(fā)送到位置比較電路時,若工作臺沒有移動,則沒有反饋量,指令值使得伺服電動機轉(zhuǎn)動,通過A將速度反饋信號送到速度控制電路,通過C將工作臺實際位移量反饋回往,在位置比較電路中與位移指令值相比較,用比較后得到的差值進行位置控制,直至差值為零時為止。這類控制的數(shù)控機床,因把機床工作臺納進了控制環(huán)節(jié),故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機床。
閉環(huán)控制數(shù)控機床的定位精度高,但調(diào)試和維修都較困難,系統(tǒng)復雜,本錢高。
3. 半閉環(huán)控制數(shù)控機床
半閉環(huán)控制數(shù)控機床是在伺服電動機的軸或數(shù)控機床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置(如光電編碼器等),通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的實際位移,然后反饋到數(shù)控裝置中往,并對誤差進行修正。通過測速元件A和光電編碼盤B可間接檢測出伺服電動機的轉(zhuǎn)速,從而推算出工作臺的實際位移量,將此值與指令值進行比較,用差值來實現(xiàn)控制。由于工作臺沒有包括在控制回路中,因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機床。
半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便,并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機設計成一體,這樣,使結(jié)構(gòu)更加緊湊。
4.混合控制數(shù)控機床
將以上三類數(shù)控機床的特點結(jié)合起來,就形成了混合控制數(shù)控機床?;旌峡刂茢?shù)控機床特別適用于大型或重型數(shù)控機床,由于大型或重型數(shù)控機床需要較高的進給速度與相當高的精度,其傳動鏈慣量與力矩大,假如只采用全閉環(huán)控制,機床傳動鏈和工作臺全部置于控制閉環(huán)中,閉環(huán)調(diào)試比較復雜?;旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式:
(1)開環(huán)補償型。它的基本控制選用步進電動機的開環(huán)伺服機構(gòu),另外附加一個校正電路。用裝在工作臺的直線位移丈量元件的反饋信號校正機械系統(tǒng)的誤差。
(2)半閉環(huán)補償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制,再用裝在工作臺上的直線位移丈量元件實現(xiàn)全閉環(huán)修正,以獲得高速度與高精度的同一。其中A是速度丈量元件(如測速發(fā)電機),B是角度丈量元件,C是直線位移丈量元件
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