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 Steuerbahn der Werkzeugmaschinenbewegung (1) 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 zusätzlich zur 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, d. h. es wird nur eine Koordinatenachse gleichzeitig gesteuert (d. h. es ist keine Interpolationsberechnungsfunktion im CNC-System erforderlich). Beim Verdrängungsvorgang kann das Werkzeug mit einer vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeit schneiden und grundsätzlich nur rechteckige und stufenförmige Teile bearbeiten. Zu den Werkzeugmaschinen mit linearen Steuerfunktionen gehören hauptsächlich relativ einfache CNC-Drehmaschinen, CNC-Fräsmaschinen, CNC-Schleifmaschinen usw. Das CNC-System dieser Werkzeugmaschine wird auch als linear gesteuertes CNC-System 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 Bearbeitungskontur des Werkstücks 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 usw.) zu beschreiben Endpunktkoordinaten eines Bogens und die Mittelpunktskoordinaten bzw. der Radius). Das heißt, während der Berechnung werden Impulse entsprechend den Berechnungsergebnissen 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. Zu diesem Werkzeugmaschinentyp gehören hauptsächlich CNC-Drehmaschinen, CNC-Fräsmaschinen, CNC-Drahtschneidemaschinen, Bearbeitungszentren usw., und das entsprechende CNC-Gerät wird als Kontursteuerung bezeichnet. CNC-Systeme können entsprechend der Anzahl der von ihnen gesteuerten Verbindungskoordinatenachsen in die folgenden Formen unterteilt werden. ① Zweiachsiges Gestänge: Wird hauptsächlich für CNC-Drehmaschinen zur Bearbeitung rotierender Flächen oder CNC-Fräsmaschinen zur Bearbeitung gebogener Zylinder verwendet. 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 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 linearen Längs- (Z-Achse) und Querachse (X-Achse) gleichzeitig auch die Verknüpfung der um die Z-Achse rotierenden Spindel (C-Achse) gesteuert werden 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 mit der bearbeiteten Konturoberfläche an seinem Schnittpunkt beibehält, um so die Glätte sicherzustellen die bearbeitete Oberfläche, verbessern deren Bearbeitungsgenauigkeit und Bearbeitungseffizienz und verringern die Rauheit der bearbeiteten Oberfläche. 2. Klassifizierung nach Servosteuerungsmethode (1) CNC-Werkzeugmaschinen mit offener Schleife. Der Vorschubservoantrieb dieser Art von Werkzeugmaschine ist offen, das heißt, es gibt kein Erkennungsrückkopplungsgerät. 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. Das größte Merkmal dieser Steuerungsmethode ist daher die bequeme Steuerung, die einfache Struktur und der niedrige Preis. Der vom CNC-System ausgegebene Befehlssignalfluss ist unidirektional, sodass kein Stabilitätsproblem des Steuerungssystems 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. (2) Werkzeugmaschinen mit geschlossenem Regelkreis Der Vorschubservoantrieb dieses Typs von CNC-Werkzeugmaschinen arbeitet in einem Regelmodus mit geschlossenem Regelkreis. Der Antriebsmotor kann einen DC- oder AC-Servomotor verwenden und muss mit Positionsrückmeldung und Geschwindigkeitsrückmeldung konfiguriert werden. Die tatsächliche Verschiebung des beweglichen Teils 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) und ist auf dem Sattel der Werkzeugmaschine installiert, d. h. es erfasst direkt die lineare Verschiebung der Werkzeugmaschinenkoordinaten. Der Übertragungsfehler in der gesamten mechanischen Übertragungskette vom Motor bis zum Werkzeugmaschinensattel kann durch Rückkopplung eliminiert werden, wodurch eine sehr 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 Regelverfahren hauptsächlich für CNC-Koordinatenmaschinen und CNC-Präzisionsschleifmaschinen mit hohen Präzisionsanforderungen eingesetzt. 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 kann deren Genauigkeit durch Software-Festwertkompensationsmethoden entsprechend verbessert werden. Derzeit verwenden die meisten CNC-Werkzeugmaschinen den halbgeschlossenen Regelmodus. ⑶ CNC-Werkzeugmaschinen mit Hybridsteuerung konzentrieren selektiv die Eigenschaften der oben genannten Steuerungsmethoden, um ein Hybridsteuerungsschema zu bilden. Da, wie oben erwähnt, die Steuerungsmethode mit offenem Regelkreis eine gute Stabilität, geringe Kosten und eine geringe Genauigkeit aufweist und die Stabilität des vollständigen geschlossenen Regelkreises 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 Funktionsniveau des CNC-Systems Entsprechend dem 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: Low-End, Medium-End und High-End-Systeme. 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 Bearbeitungszentrum, dessen Hauptmerkmal die Werkzeugbibliothek mit automatischem Werkzeugwechselmechanismus ist und das Werkstück einmal eingespannt wird. Nach dem Spannen werden verschiedene Werkzeuge automatisch ausgetauscht und verschiedene Prozesse wie Fräsen (Drehen), Reiben, Bohren und Gewindeschneiden werden kontinuierlich auf derselben Werkzeugmaschine auf verschiedenen Bearbeitungsflächen 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. Üblicherweise werden CNC-Pressen, CNC-Biegemaschinen, CNC-Rohrbiegemaschinen, CNC-Spinnmaschinen usw. verwendet. ⑶ Die Spezialbearbeitung umfasst hauptsächlich CNC-Drahterodieren, CNC-Erodierformmaschinen, CNC-Brennschneidemaschinen, CNC-Laserbearbeitungsmaschinen usw. ⑷ Messung Zu den Zeichenprodukten gehören hauptsächlich Drei-Koordinaten-Messmaschinen, CNC-Werkzeugeinstellmaschinen, CNC-Plotter usw.
