Es gibt viele Varianten und Spezifikationen von CNC-Werkzeugmaschinen, und auch die Klassifizierungsmethoden sind unterschiedlich. Im Allgemeinen können sie anhand der Funktion und Struktur nach den folgenden vier Prinzipien klassifiziert werden.
1. Klassifizierung nach der Kontrollbahn der Werkzeugmaschinenbewegung
⑴ Die punktgesteuerte Punktsteuerung von CNC-Werkzeugmaschinen erfordert lediglich die genaue Positionierung der beweglichen Teile der Werkzeugmaschine von einem Punkt zum anderen. Die Anforderungen an die Bewegungsbahn zwischen Punkten sind nicht streng. Während der Bewegung wird keine Verarbeitung durchgeführt und die Bewegung zwischen den Koordinatenachsen hat keinen Zusammenhang. Um eine schnelle und genaue Positionierung zu erreichen, erfolgt die Verschiebungsbewegung zwischen zwei Punkten im Allgemeinen zunächst schnell und nähert sich dann langsam dem Positionierungspunkt, um die Positionierungsgenauigkeit sicherzustellen. Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, handelt es sich um die Bewegungsbahn der Punktsteuerung.
Zu den Werkzeugmaschinen mit Punktsteuerungsfunktionen gehören hauptsächlich CNC-Bohrmaschinen, CNC-Fräsmaschinen, CNC-Stanzmaschinen usw. Mit der Entwicklung der CNC-Technologie und der Senkung der Preise für CNC-Systeme sind CNC-Systeme, die ausschließlich der Punktsteuerung dienen, selten geworden.
⑵ CNC-Werkzeugmaschinen mit linearer Steuerung CNC-Werkzeugmaschinen mit linearer Steuerung werden auch als CNC-Werkzeugmaschinen mit paralleler Steuerung bezeichnet. Ihre Eigenschaften bestehen darin, dass sie neben der genauen Positionierung zwischen Kontrollpunkten auch die Bewegungsgeschwindigkeit und die Route (Flugbahn) zwischen zwei verbundenen Punkten steuern. Ihre Bewegungsroute verläuft jedoch nur parallel zur Koordinatenachse der Maschine; Das heißt, es wird nur eine Koordinatenachse gleichzeitig gesteuert (das heißt, es ist keine Interpolationsberechnungsfunktion im CNC-System erforderlich). Beim Verschiebevorgang kann das Werkzeug mit einer vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeit schneiden und grundsätzlich nur rechteckige und stufenförmige Teile bearbeiten. Zu den Werkzeugmaschinen mit linearen Steuerungsfunktionen gehören hauptsächlich relativ einfache CNC-Drehmaschinen, CNC-Fräsmaschinen, CNC-Schleifmaschinen usw. Das CNC-System dieser Werkzeugmaschine wird auch als lineares CNC-Steuerungssystem bezeichnet. Ebenso selten sind CNC-Werkzeugmaschinen, die ausschließlich der linearen Steuerung dienen.
⑶ Konturgesteuerte CNC-Werkzeugmaschinen
Konturgesteuerte CNC-Werkzeugmaschinen werden auch als kontinuierlich gesteuerte CNC-Werkzeugmaschinen bezeichnet. Ihre Steuerungseigenschaften bestehen darin, dass sie die Verschiebung und Geschwindigkeit von zwei oder mehr Bewegungskoordinaten gleichzeitig steuern können. Um die Anforderungen zu erfüllen, dass die relative Bewegungsbahn des Werkzeugs entlang der Werkstückkontur mit der Werkstückbearbeitungskontur übereinstimmt, müssen die Verschiebungssteuerung und die Geschwindigkeitssteuerung jeder Koordinatenbewegung gemäß der vorgeschriebenen proportionalen Beziehung genau koordiniert werden. Daher muss das CNC-Gerät bei dieser Art der Steuerung über eine Interpolationsfunktion verfügen. Die sogenannte Interpolation besteht darin, die Form einer geraden Linie oder eines Bogens durch die mathematische Verarbeitung des Interpolationsoperators im CNC-System gemäß den vom Programm eingegebenen Grunddaten (z. B. den Endpunktkoordinaten einer geraden Linie, dem Endpunkt) zu beschreiben Koordinaten eines Bogens und die Mittelpunktskoordinaten bzw. der Radius). Das heißt, während der Berechnung werden entsprechend den Berechnungsergebnissen Impulse an jede Koordinatenachsensteuerung verteilt, um die Gestängeverschiebung jeder Koordinatenachse so zu steuern, dass sie mit der erforderlichen Kontur übereinstimmt. Während der Bewegung schneidet das Werkzeug kontinuierlich die Oberfläche des Werkstücks und es können verschiedene Geraden, Bögen und Kurven bearbeitet werden. Konturgesteuerte Bearbeitungsbahn. Diese Art von Werkzeugmaschine umfasst hauptsächlichCNC-Drehmaschinen, CNC-Fräsmaschinen, CNC-Drahtschneidemaschinen, Bearbeitungszentren usw. und das entsprechende CNC-Gerät wird als Kontursteuerung bezeichnet. Entsprechend der unterschiedlichen Anzahl der von ihm gesteuerten Verbindungskoordinatenachsen kann das CNC-System in die folgenden Formen unterteilt werden:
① Zweiachsiges Gestänge: Wird hauptsächlich für CNC-Drehmaschinen zur Bearbeitung rotierender Oberflächen verwendetCNC-FräsenMaschinen zur Bearbeitung gebogener Zylinder.
② Zweiachsige Halbverbindung: Wird hauptsächlich zur Steuerung von Werkzeugmaschinen mit mehr als drei Achsen verwendet, wobei zwei Achsen verbunden werden können und die andere Achse periodisch versorgt werden kann.
③ Drei-Achsen-Verknüpfung: Im Allgemeinen in zwei Kategorien unterteilt: Eine davon ist die Verknüpfung von drei linearen Koordinatenachsen X/Y/Z, die häufiger in CNC-Fräsmaschinen, Bearbeitungszentren usw. verwendet wird. Die andere ist zusätzlich zur gleichzeitigen Verknüpfung Es steuert zwei lineare Koordinaten in X/Y/Z und steuert gleichzeitig die rotierende Koordinatenachse, die sich um eine der linearen Koordinatenachsen dreht. Beispielsweise muss in einem Drehbearbeitungszentrum zusätzlich zur Verknüpfung der Längs- (Z-Achse) und Quer- (X-Achse) linearen Koordinatenachsen gleichzeitig auch die Verknüpfung der rotierenden Spindel (C-Achse) gesteuert werden um die Z-Achse.
④ Vier-Achsen-Verbindung: Steuern Sie gleichzeitig die Verbindung von drei linearen Koordinatenachsen X/Y/Z und einer rotierenden Koordinatenachse.
⑤ Fünf-Achsen-Verbindung: Zusätzlich zur gleichzeitigen Steuerung der Verbindung der drei linearen Koordinatenachsen X/Y/Z. Es steuert außerdem gleichzeitig zwei der Koordinatenachsen A, B und C, die sich um diese linearen Koordinatenachsen drehen, und bildet so eine gleichzeitige Steuerung der Fünf-Achsen-Verbindung. Zu diesem Zeitpunkt kann das Werkzeug in jede beliebige Raumrichtung eingestellt werden. Beispielsweise wird das Werkzeug so gesteuert, dass es gleichzeitig um die x-Achse und die y-Achse schwingt, so dass das Werkzeug immer die normale Richtung beibehält, wobei die Konturoberfläche an ihrem Schnittpunkt bearbeitet wird, um die Glätte der zu gewährleisten Die bearbeitete Oberfläche verbessert die Bearbeitungsgenauigkeit und Bearbeitungseffizienz und verringert die Rauheit der bearbeiteten Oberfläche.
2. Klassifizierung nach Servosteuerungsmethode
⑴ Der Vorschubservoantrieb von CNC-Werkzeugmaschinen mit offener Schleife ist offen; das heißt, es gibt kein Erkennungs-Feedback-Gerät. Im Allgemeinen ist der Antriebsmotor ein Schrittmotor. Das Hauptmerkmal des Schrittmotors besteht darin, dass er sich jedes Mal um einen Schrittwinkel dreht, wenn die Steuerschaltung das Befehlsimpulssignal ändert, und dass der Motor selbst über die Fähigkeit zur Selbsthemmung verfügt. Das vom CNC-System ausgegebene Vorschubbefehlssignal steuert die Antriebsschaltung über den Impulsverteiler. Es steuert die Koordinatenverschiebung durch Änderung der Anzahl der Impulse, steuert die Geschwindigkeit der Verschiebung durch Änderung der Frequenz der Impulse und steuert die Richtung der Verschiebung durch Änderung der Verteilungsreihenfolge der Impulse. Daher sind die größten Merkmale dieser Steuerungsmethode eine bequeme Steuerung, eine einfache Struktur und ein niedriger Preis. Der vom CNC-System ausgegebene Befehlssignalfluss ist unidirektional, sodass für das Steuerungssystem kein Stabilitätsproblem besteht. Da der Fehler der mechanischen Übertragung jedoch nicht durch Rückmeldung korrigiert wird, ist die Verschiebungsgenauigkeit nicht hoch. Frühe CNC-Werkzeugmaschinen übernahmen alle diese Steuerungsmethode, die Ausfallrate war jedoch relativ hoch. Aufgrund der Verbesserung der Antriebsschaltung ist es derzeit immer noch weit verbreitet. Insbesondere in meinem Land übernehmen allgemeine wirtschaftliche CNC-Systeme und die CNC-Umwandlung alter Geräte diese Steuerungsmethode größtenteils. Darüber hinaus kann diese Steuerungsmethode mit einem Einchip-Mikrocomputer oder einem Einplatinencomputer als CNC-Gerät konfiguriert werden, was den Preis des gesamten Systems senkt.
⑵ Werkzeugmaschinen mit geschlossenem Regelkreis Der Vorschub-Servoantrieb dieses Typs von CNC-Werkzeugmaschinen arbeitet in einem Regelungsmodus mit geschlossenem Regelkreis. Der Antriebsmotor kann DC- oder AC-Servomotoren verwenden und muss mit Positionsrückmeldung und Geschwindigkeitsrückmeldung konfiguriert werden. Die tatsächliche Verschiebung der beweglichen Teile wird zu jedem Zeitpunkt der Bearbeitung erfasst und rechtzeitig an den Vergleicher im CNC-System zurückgemeldet. Es wird mit dem durch die Interpolationsoperation erhaltenen Befehlssignal verglichen und die Differenz wird als Steuersignal des Servoantriebs verwendet, der die Verschiebungskomponente antreibt, um den Verschiebungsfehler zu beseitigen. Je nach Installationsort des Positionsrückmeldungserkennungselements und des verwendeten Rückmeldegeräts wird es in zwei Steuermodi unterteilt: vollständig geschlossener Regelkreis und halbgeschlossener Regelkreis.
① Vollständige Regelung mit geschlossenem Regelkreis Wie in der Abbildung gezeigt, verwendet sein Positionsrückmeldegerät ein lineares Verschiebungserkennungselement (derzeit im Allgemeinen ein Gitterlineal), das auf dem Sattel der Werkzeugmaschine installiert ist, d. h. es erfasst direkt die lineare Verschiebung der Werkzeugmaschine Koordinaten. Der Übertragungsfehler in der gesamten mechanischen Übertragungskette vom Motor bis zum Werkzeugmaschinensattel kann durch Rückkopplung eliminiert werden, wodurch eine hohe statische Positionierungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine erreicht wird. Da jedoch die Reibungseigenschaften, die Steifigkeit und das Spiel vieler mechanischer Übertragungsglieder im gesamten Regelkreis nichtlinear sind, ist die dynamische Reaktionszeit der gesamten mechanischen Übertragungskette im Vergleich zur elektrischen Reaktionszeit sehr groß. Dies bringt große Schwierigkeiten bei der Stabilitätskorrektur des gesamten geschlossenen Regelkreises mit sich, und auch der Entwurf und die Anpassung des Systems sind recht kompliziert. Daher wird dieses vollständig geschlossene Steuerungsverfahren hauptsächlich für CNC-Koordinatenmaschinen und verwendetCNC-PräzisionSchleifmaschinen mit hohen Präzisionsanforderungen.
② Halbgeschlossene Regelung Wie in der Abbildung gezeigt, verwendet die Positionsrückmeldung ein Winkelerkennungselement (derzeit hauptsächlich Encoder usw.), das direkt am Servomotor oder am Ende der Leitspindel installiert ist. Da die meisten mechanischen Übertragungsverbindungen nicht in den Regelkreis des Systems eingebunden sind, wird eine stabilere Regelcharakteristik erreicht. Mechanische Übertragungsfehler wie z. B. Leitspindeln können nicht jederzeit durch Feedback korrigiert werden, jedoch können softwarekonstante Kompensationsmethoden verwendet werden, um deren Genauigkeit entsprechend zu verbessern. Derzeit verwenden die meisten CNC-Werkzeugmaschinen halbgeschlossene Steuerungsmethoden
⑶ CNC-Werkzeugmaschinen mit Hybridsteuerung konzentrieren selektiv die Eigenschaften der oben genannten Steuerungsmethoden, um ein Hybridsteuerungsschema zu bilden. Da die Steuerungsmethode mit offenem Regelkreis, wie oben erwähnt, eine gute Stabilität, geringe Kosten und eine schlechte Genauigkeit aufweist und die Stabilität im gesamten geschlossenen Regelkreis schlecht ist, wird ein Hybrid verwendet, um sich gegenseitig zu kompensieren und die Steuerungsanforderungen bestimmter Werkzeugmaschinen zu erfüllen Es sollte eine Kontrollmethode übernommen werden. Die beiden am häufigsten verwendeten Methoden sind der Kompensationstyp mit offenem Regelkreis und der Kompensationstyp mit halbgeschlossenem Regelkreis
3. Klassifizierung nach der Funktionsebene des CNC-Systems
Je nach Funktionsniveau des CNC-Systems wird das CNC-System normalerweise in drei Kategorien unterteilt: niedrig, mittel und hoch. Diese Klassifizierungsmethode wird in meinem Land häufiger verwendet. Die Grenzen der drei Ebenen niedrig, mittel und hoch sind relativ und die Klassifizierungsstandards werden in verschiedenen Zeiträumen unterschiedlich sein. Basierend auf dem aktuellen Entwicklungsstand können verschiedene Arten von CNC-Systemen anhand einiger Funktionen und Indikatoren in drei Kategorien eingeteilt werden: niedrig, mittel und hoch. Unter diesen werden Mittel- und High-End-Modelle im Allgemeinen als Vollfunktions-CNC oder Standard-CNC bezeichnet.
⑴ Unter Metallschneiden versteht man CNC-Werkzeugmaschinen, die verschiedene Schneidverfahren wie Drehen, Fräsen, Schlagen, Reiben, Bohren, Schleifen und Hobeln verwenden. Es kann in die folgenden zwei Kategorien unterteilt werden.
① Gewöhnliche CNC-Werkzeugmaschinen wie CNC-Drehmaschinen, CNC-Fräsmaschinen, CNC-Schleifmaschinen usw.
② Das Hauptmerkmal des Bearbeitungszentrums ist die Werkzeugbibliothek mit automatischem Werkzeugwechselmechanismus. Das Werkstück wird einmal gespannt. Nach dem Spannen werden verschiedene Werkzeuge automatisch ausgetauscht und verschiedene Prozesse wie Fräsen (Drehen), Reiben, Bohren und Gewindeschneiden werden kontinuierlich auf derselben Werkzeugmaschine auf jeder Bearbeitungsfläche des Werkstücks durchgeführt, beispielsweise auf (Bau-/Fräs-)Bearbeitungszentren , Drehzentren, Bohrzentren usw.
⑵ Unter Metallumformung versteht man CNC-Werkzeugmaschinen, die Umformverfahren wie Strangpressen, Stanzen, Pressen und Ziehen verwenden. Zu den häufig verwendeten gehören CNC-Pressen, CNC-Biegemaschinen, CNC-Rohrbiegemaschinen, CNC-Spinnmaschinen usw.
⑶ Die Spezialbearbeitung umfasst hauptsächlich CNC-Drahterodieren, CNC-EDM-Umformmaschinen, CNC-Brennschneidemaschinen, CNC-Laserbearbeitungsmaschinen usw.
⑷ Zu den Mess- und Zeichenprodukten gehören hauptsächlich Drei-Koordinaten-Messmaschinen, CNC-Werkzeugeinstellmaschinen, CNC-Plotter usw.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 05.12.2024