數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服系統(tǒng),統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。
目前,數(shù)控設(shè)備的品種齊全,規(guī)格繁多。為了研究的方便起見,可以從不同的角度對數(shù)控設(shè)備進(jìn)行分類,常見的有以下幾種分類方法:
1.按能控制的運(yùn)動軌跡分
(1)點(diǎn)位控制
僅能實(shí)現(xiàn)刀具相對于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動;對軌跡不作控制要求;運(yùn)動過程中不進(jìn)行任何加工。
適用范圍:數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機(jī)。
(2)連續(xù)控制
又稱為輪廓控制,具有控制幾個進(jìn)給軸同時協(xié)調(diào)運(yùn)動(坐標(biāo)聯(lián)動),使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動,在運(yùn)動過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。
適用范圍:數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機(jī)床。現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。
2.按伺服系統(tǒng)的控制方式分
(1)開環(huán)控制系統(tǒng)
如圖1,通常以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動元件。輸入進(jìn)給指令為脈沖形式。
圖1 開環(huán)控制系統(tǒng)
沒有位置測量裝置,信號流是單向的(數(shù)控裝置→進(jìn)給系統(tǒng)),故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。
無位置反饋,精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高,其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的性能和精度。
一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動元件。
這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點(diǎn),在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。
(2)半閉環(huán)控制系統(tǒng)
如圖2所示,
圖2 半閉環(huán)控制系統(tǒng)
半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示,是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機(jī))或絲杠引出,采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測,不是直接檢測運(yùn)動部件的實(shí)際位置。
半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動環(huán)節(jié),因此可獲得穩(wěn)定的控制性能,其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng),但比閉環(huán)要好。
由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動誤差難以消除。因此,其精度較閉環(huán)差,較開環(huán)好。但可對這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償,因而仍可獲得滿意的精度。
半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高,因而在現(xiàn)代cnc機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。
(3)閉環(huán)控制系統(tǒng)
如圖3所示
圖3 半閉環(huán)控制系統(tǒng)
全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示,直接對運(yùn)動部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測。
從理論上講,可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。
由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的,故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定,使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。
該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。