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闭环控制机床用于什么场合

发布时间:2025-08-12 12:19:18

⑴ 开环控制与闭环控制的区别

开环控制与闭环控制的主要区别如下




  1. 控制精度




    • 开环控制:速度和精度都较低。由于缺乏反馈机制,系统无法实时调整误差,因此控制精度有限。

    • 闭环控制:定位精度高,速度调节快。通过引入反馈机制,系统能够实时监测并调整误差,从而实现高精度控制。



  2. 系统稳定性




    • 开环控制:由于结构简单,系统的稳定性相对容易控制。

    • 闭环控制:虽然能够实现高精度控制,但工作台惯性大,系统的稳定性不易控制。需要更复杂的控制算法和硬件支持来维持稳定性。



  3. 成本与调试维修




    • 开环控制:结构简单,成本较低,调试维修方便。

    • 闭环控制:由于引入了反馈机制和更复杂的控制算法,成本相对较高。同时,调试和维修的难度也相应增加。



  4. 应用场景




    • 开环控制:适用于对控制精度要求不高的场景,如一些简单的机械设备或自动化生产线。

    • 闭环控制:适用于对控制精度和速度要求较高的场景,如数控机床、精密加工设备等。




综上所述,开环控制与闭环控制在控制精度、系统稳定性、成本与调试维修以及应用场景等方面存在显著差异。选择哪种控制方式需要根据具体的应用需求和系统要求来决定。

⑵ 数控机床按控制方式分为哪几类,各方式什么场合

一般传统上不按照控制方式分类。按以下分类方法。

一、按加工工艺方法分类

1.金属切削类数控机床

与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别,具体的控制方式也各不相同,但机床的动作和运动都是数字化控制的,具有较高的生产率和自动化程度。

在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心,它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的,工件一次装夹后,可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工,特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差,减少了机床的台数和占地面积,缩短了辅助时间,大大提高了生产效率和加工质量。

2.特种加工类数控机床

除了切削加工数控机床以外,数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。

3.板材加工类数控机床

常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。

近年来,其它机械设备中也大量采用了数控技术,如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。

二、按控制运动轨迹分类

1.点位控制数控机床

点位控制数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位,在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值,不控制点与点之间的运动轨迹,因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动,也可以各个坐标单独依次运动。

这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。

2.直线控制数控机床

直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度,沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工,进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。

直线控制的简易数控车床,只有两个坐标轴,可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床,有三个坐标轴,可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统,驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工,它也可算是一种直线控制数控机床。

数控镗铣床、加工中心等机床,它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整,兼有点位和直线控制加工的功能,这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。

3.轮廓控制数控机床

轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制,使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标,而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移,将工件加工成要求的轮廓形状。

常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂,在加工过程中需要不断进行插补运算,然后进行相应的速度与位移控制。

现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现,增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此,除少数专用控制系统外,现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。

三、按驱动装置的特点分类

1.开环控制数控机床

这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件,伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令,经驱动电路功率放大后,驱动步进电机旋转一个角度,再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转,通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的,即进给脉冲发出去后,实际移动值不再反馈回来,所以称为开环控制数控机床。

开环控制系统的数控机床结构简单,成本较低。但是,系统对移动部件的实际位移量不进行监测,也不能进行误差校正。因此,步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床,特别是简易经济型数控机床。

2.闭环控制数控机床

闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置,直接对工作台的实际位移进行检测,将测量的实际位移值反馈到数控装置中,与输入的指令位移值进行比较,用差值对机床进行控制,使移动部件按照实际需要的位移量运动,最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲,闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度,也与传动链的误差无关,因此其控制精度高。图1-3所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中A为速度传感器、C为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时,若工作台没有移动,则没有反馈量,指令值使得伺服电动机转动,通过A将速度反馈信号送到速度控制电路,通过C将工作台实际位移量反馈回去,在位置比较电路中与位移指令值相比较,用比较后得到的差值进行位置控制,直至差值为零时为止。这类控制的数控机床,因把机床工作台纳入了控制环节,故称为闭环控制数控机床。
闭环控制数控机床的定位精度高,但调试和维修都较困难,系统复杂,成本高。

3.半闭环控制数控机床
半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置(如光电编码器等),通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移,然后反馈到数控装置中去,并对误差进行修正。通过测速元件A和光电编码盘B可间接检测出伺服电动机的转速,从而推算出工作台的实际位移量,将此值与指令值进行比较,用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控制回路中,因而称为半闭环控制数控机床。

半闭环控制数控系统的调试比较方便,并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体,这样,使结构更加紧凑。

4.混合控制数控机床

将以上三类数控机床的特点结合起来,就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床,因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度,其传动链惯量与力矩大,如果只采用全闭环控制,机床传动链和工作台全部置于控制闭环中,闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形式:

(1)开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构,另外附加一个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。

(2)半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制,再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正,以获得高速度与高精度的统一。其中A是速度测量元件(如测速发电机),B是角度测量元件,C是直线位移测量元件。

⑶ 数控机床按控制方式分为哪几类,各方式什么场合

数控机床的控制方式主要分为以下几类,各自适用于不同的场合:
1. 开环控制:这种控制方式的精度相对较低。在开环控制系统中,数控装置发出指令,通过驱动电路放大,控制步进电动机转动,进而带动机床运动。由于缺乏反馈环节,这种系统通常用于对精度要求不高的场合,如一些简单的数控钻床等。
2. 半闭环控制:相较于开环控制,半闭环控制增加了伺服编码器的反馈环节,使得精度得到提升。该方式适用于对精度有一定要求的机床,如数控车床、数控铣床等。
3. 闭环控制:闭环控制系统的精度最高,它通过光栅尺等反馈装置将实际位置反馈至数控系统,实现精确控制。这种控制方式适用于高精度的加工需求,如精密数控磨床等。
各类数控机床的运动控制方式也各有特点:
1. 点位控制数控机床:这类机床的数控系统仅控制刀具从一点移动到另一点的位置,不涉及运动轨迹的控制。各坐标轴之间的运动是独立的。这种机床适合于不需要连续加工的场合,如数控钻床、数控坐标镗床等。
2. 直线控制数控机床:除了控制位置外,这类机床还确保移动路径为直线,并调节移动速度。其适用于需要直线加工的场合,包括数控车床、数控铣床和数控磨床等。
以上各类数控机床根据其控制方式和运动特点,被广泛应用于不同的加工领域,从简单的点位加工到复杂的直线控制,满足了多样化的工业制造需求。

⑷ 什么是开环、半闭环

开环、半闭环和闭环控制系统是数控机床中常用的三种控制方式。其中,开环控制系统不带位置检测装置,仅依据数控装置的指令脉冲进行工作,移动部件的实际位移不进行检测反馈。该系统结构简单,易于调试与维修,但精度较低,因此多用于经济型数控机床上。

闭环控制系统在机床移动部件上安装有位置检测装置,可实时将测量到的位移量反馈至数控装置的比较器,与输入指令对比,通过差值控制移动部件,使其精确按照实际需求位移。此系统加工精度高,移动速度快,但调试较为复杂,且位置检测装置成本较高,因此多应用于高精度和大型数控机床上。

半闭环控制系统则将位置检测元件安装在驱动电机或传动丝杠的端部,通过检测伺服电动机的转角间接测量移动部件的位移(或角位移),并反馈至数控装置的比较器,与输入指令对比,用差值控制移动部件。该系统测量装置简单,安装调试便捷,具有良好的系统稳定性,可获得比开环系统更高的精度,但位移精度略低于闭环控制系统,因此多用于中档数控机床上。

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