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数控机床的分类综述

数控机床的分类有多种方式。
(1)按机床数控运动轨迹划分
●点位控制数控机床:指在刀具运动时,只控制刀具相对于工件位移的准确性,不考虑两点间的路径,如数控钻床。
●点位直线控制数控机床:在点位控制的基础上,还要保证运动一条直线,且刀具在运动过程中还要进行切削加工。
●轮廓控制数控机床:能对两个或更多的坐标运动进行控制(多坐标联动),刀具运动轨迹可为空间曲线。在模具行业中这类机床应用最多,如三坐标以上的数控铣或加工中心。
(2)按伺服系统控制方式划分
●开环控制机床:价格低廉,精度及稳定性差。
●半闭环控制数控机床:精度及稳定性较高,价格适中,应用最普及。
●闭环控制数控机床:精度高,稳定性难以控制,价格高。
(3)按联动坐标轴数划分
●两轴联动数控机床。 X、Y、Z三轴中任意两轴作插补联动,第三轴作单独的周期进刀,常称2.5轴联动。如图1所示,将X向分成若干段,圆头铣刀沿YZ面所截的曲线进行铣削,每一段加工完后进给ΔX,再加工另一相邻曲线,如此依次切削即可加工出整个曲面,故称为行切法。根据表面光洁度及刀头不干涉相邻表面的原则选取ΔX。行切法加工所用的刀具通常是球刀铣头(即指状铣刀)。用这种刀具加工曲面,不易干涉相邻表面,计算比较简单。球状铣刀的刀头半径应选得大一些,有利于提高加工光洁度、增加刀具刚度、散热等。但刀头半径应小于曲面的最小曲率半径。


图一

用球头铣刀加工曲面时,总是用刀心轨迹的数据进行编程。图2所示为二轴联动三坐标行切法加工的刀心轨迹与切削点轨迹示意图。ABCD为被加工曲面,P平面为平行于YZ做表面的一个平行面,其刀心轨迹O1O2为曲面ABCD的等距面IJKL与行切面Pyz的交线,显然,O1O2是一条平面曲线。在这种情况下,曲面的曲率变化时会导致球头刀与曲面切削点的位置亦随之改变,而切削点的连线ab是一条空间曲线,从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。由于2.5轴坐标加工的刀心轨迹为平面曲线,故编程计算较为简单,数控逻辑装置也不复杂,常用于曲率变化不大以及精度要求不高的粗加工。


图二

三轴联动数控机床。 X、Y、Z三轴可同时插补联动。用三坐标联动加工曲面时,通常亦用行切方法。如图3所示,三轴联动的数控刀轨可以是平面曲线或者空间曲线。三坐标联动加工常用于复杂曲面的精确加工(如精密锻模)。但编程计算较为复杂,所用的数控装置还必须具备三轴联动功能。


图三

●四轴联动数控机床。 除了X、Y、Z三轴平动之外,还有工作台或者刀具的转动。如图4所示,侧面为直纹扭曲面。若在三坐标联动的机床上用圆头铣刀按行切法加工时,不但生产率低,而且光洁度差。为此,采用圆柱铣刀周边切削,并用四坐标铣床加工,即除三个直角坐标运动外,为保证刀具与工件型面在全长始终贴合,刀具还应绕O1(或O2)作摆角联动。由于摆角运动,导致直角坐标系(图中Y)需作附加运动,其编程计算较为复杂。


图四

●五轴联动数控机床。 除了X、Y、Z三轴的平动外还有刀具旋转、工作台的旋转。螺旋桨是五坐标加工的典型零件之一,其叶片形状及加工原理如图5所示。在半径为Ri的圆柱面上与叶面的交线AB为螺旋线的一部分,螺旋角为φi,叶片的径向叶型线(轴向剖面)EF的倾角α为后倾角。螺旋线AB用极坐标加工方法并以折线段逼近。逼近线段mn是由C坐标旋转Δθ与Z坐标位移ΔZ的合成。当AB加工完后,刀具径向位移ΔX(改变Ri),再加工相邻的另一条叶型线,依次逐一加工,即可形成整个叶面。由于叶面的曲率半径较大,所以常用端面铣刀加工,以提高生产率并简化程序。因此,为保证铣刀端面始终与曲面贴合,铣刀还应作坐标A和坐标B形成θt和αt的摆角运动,在摆角的同时,还应作直角坐标的附加运动,以保证铣刀端面中心始终处于编程值位置上,所以需要Z、C、X、A、B五坐标加工。这种加工的编程计算相当复杂。


图五

●加工中心。 它是在数控铣床上配置刀库,其中存放着不同数量的各种刀具或检具,在加工过程中由程序自动选用和更换,从而将铣削、镗削、钻削、攻螺纹等功能集中在一台设备上完成,使其具有多种工艺手段。

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2009-9-21 0:00:00