数控系统的分类

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数控设备的数据处理和控制电路以及伺服系统,统称为数控系统。
目前,数控设备的品种齐全,规格繁多。为了研究的方便起见,可以从不同的角度对数控设备进行分类,常见的有以下几种分类方法:
1.按能控制的运动轨迹分
(1)点位控制
仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动;对轨迹不作控制要求;运动过程中不进行任何加工。
适用范围:数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。
(2)连续控制
又称为轮廓控制,具有控制几个进给轴同时协调运动(坐标联动),使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动,在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。
适用范围:数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。
2.按伺服系统的控制方式分
(1)开环控制系统
如图1,通常以步进电机为驱动元件。输入进给指令为脉冲形式。

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图1 开环控制系统
没有位置测量装置,信号流是单向的(数控装置→进给系统),故系统稳定性好。
无位置反馈,精度相对闭环系统来讲不高,其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。
一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。
这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点,在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。
(2)半闭环控制系统
如图2所示,

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图2 半闭环控制系统
半闭环数控系统的位置采样点如图所示,是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出,采样旋转角度进行检测,不是直接检测运动部件的实际位置。
半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节,因此可获得稳定的控制性能,其系统的稳定性虽不如开环系统,但比闭环要好。
由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此,其精度较闭环差,较开环好。但可对这类误差进行补偿,因而仍可获得满意的精度。
半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高,因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。
(3)闭环控制系统
如图3所示

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图3 半闭环控制系统
全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示,直接对运动部件的实际位置进行检测。
从理论上讲,可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。
由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的,故很容易造成系统的不稳定,使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。
该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。

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