任務四 數控機床分類

任務描述

數控機床在整個制造業中怎么樣劃分，它劃分的原則有哪幾種？其相應特點有哪些？

學習目標

了解數控機床的分類，掌握按伺服系統控制方式分類，不同的機床如何應用到加工中。

任務分析

只有了解數控機床的分類才能在編程應用中更合理的選擇機床。在加工中更合理利用機床，提高生產率。掌握按進給伺服系統控制方式分類的原理是本任務的重點和難點，特別是檢測裝置的位置如何安裝。

任務完成

數控機床可以根據不同的方法進行分類，常用的分類方法有按數控機床加工原理分類、按數控機床運動軌跡分類和按進給伺服系統控制方式分類。

一、按數控機床加工原理分類

按數控機床加工原理可把數控機床分為普通數控機床和特種加工數控機床。

（1）普通數控機床 如數控車床、數控銑床、加工中心、車削中心等各種普通數控機床，其加工原理是用切削刀具對零件進行切削加工。

（2）特種加工數控機床 如線切割數控機床，對硬度很高的工件進行切割加工；如電火花成型加工數控機床，采用電火花原理對工件的型腔進行加工。

二、按數控機床運動軌跡分類

數控機床運動軌跡主要有三種形式：點位控制運動、直線控制運動和連續控制運動。

（1）點位控制運動 點位控制運動指刀具相對工件的點的準確定位，一般對刀具運動軌跡無特殊要求，為提高生產效率和保證定位精度，機床設定快速進給，臨近終點時自動降速，從而減少運動部件因慣性而引起的定位誤差。

（2）直線控制運動 直線控制運動指刀具或工作臺以給定的速度按直線運動。

（3）連續控制運動 連續控制運動也稱為輪廓控制運動，指刀具或工作臺按工件的輪廓軌跡運動，運動軌跡為任意方向的直線、圓弧、拋物線或其他函數關系的曲線。這種數控系統有一個軌跡插補器，根據運動軌跡和速度精確計算并控制各個伺服電動機沿軌跡運動。

三、按進給伺服系統控制方式分類

由數控裝置發出脈沖或電壓信號，通過伺服系統控制機床各運動部件運動。數控機床按進給伺服系統控制方式分類有三種形式：開環控制系統、閉環控制系統和半閉環控制系統。

1.開環控制系統

這種控制系統采用步進電動機，無位置測量元件，輸入數據經過數控系統運算，輸出指令脈沖控制步進電動機工作，如圖1-1-5所示，這種控制方式對執行機構不檢測，無反饋控制信號，因此稱為開環控制系統。開環控制系統的設備成本低，調試方便，操作簡單，但控制精度低，工作速度受到步進電動機的限制。

2.閉環控制系統

這種控制系統絕大多數采用伺服電動機，有位置測量元件和位置比較電路。如圖1-1-6所示，測量元件安裝在工作臺上，測出工作臺的實際位移值反饋給數控裝置。位置比較電路將測量元件反饋的工作臺實際位移值與指令的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電動機工作，直至到達實際位置，誤差值消除，因此稱為閉環控制。閉環控制系統的控制精度高，但要求機床的剛性好，對機床的加工、裝配要求高，調試較復雜，而且設備的成本高。

3.半閉環控制系統

如圖1-1-7所示，這種控制系統的位置測量元件不是測量工作臺的實際位置，而是測量伺服電動機的轉角，經過推算得出工作臺位移值，反饋至位置比較電路，與指令中的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電動機工作。這種用推算方法間接測量工作臺位移，不能補償數控機床傳動鏈零件的誤差，稱為半閉環控制系統。半閉環控制系統的控制精度高于開環控制系統，調試比閉環控制系統容易，設備的成本介于開環與閉環控制系統之間。

四、按所用數控裝置類型分類

1.硬件式數控機床（NC機床）

組成：晶體管和集成電路。

特點：通用性、靈活性差，制造周期長、成本高。

2.軟件式數控機床（CNC機床）

組成：采用小型或微型計算機，加上通用或專用大規模集成電路。

特點：很高柔性。

五、按加工方式分類

1.金屬切削類數控機床

（1）數控車床（NC Lathe）。

（2）數控銑床（NC Milling Machine）。

（3）加工中心（Machine Center）。

（4）數控鉆床（NC Drilling Machine）。

（5）數控鏜床（NC Boring Machine）。

（6）數控齒輪加工機床（NC Gear Holling Machine）。

（7）數控平面磨床（NC Surface Grinding Machine）。

2.金屬成型類數控機床

金屬成型類數控機床是指采用擠、沖、壓、拉等成形工藝的數控機床。這類數控機床有數控折彎機、數控彎管機、數控組合沖床、數控回轉頭壓力機等。這類機床起步較晚，但目前發展很快。

3.數控特種加工機床

（1）數控電火花加工機床（NC Diesinking Electric Discharge Machine）。

（2）數控線切割機床（NC Wire Electric Discharge Machine）。

（3）數控激光加工機床（NC Laser Beam Machine）。

4.其他類型數控機床

其他類型的數控機床主要有數控三坐標測量機、數控裝配機、工業機器人、數控繪圖儀和數控對刀儀等。

六、按功能方式分類

按數控系統的功能水平，可以把數控系統分為高、中、低三檔，如表1-1-2所示。這種劃分標準是相對的，不同時期會有所不同。中、高檔數控機床一般稱為全功能數控機床或標準型數控機床。經濟型或簡易型數控機床屬于低檔數控機床。目前，我國把由單片機和步進電動機組成的數控系統和其他功能簡單、價格低的數控系統稱為經濟型數控系統，主要用于車床、線切割機床及舊機床的數控化改造等。在我國，這類數控機床的數量有相當規模。

表1-1-2 數控系統不同檔次的技術指標表

思考與練習

什么是開環、閉環、半閉環控制系統？它們之間有何區別？

數控機床按運動軌跡來分，可以分為幾類？分別加工什么樣的零件？