数控机床运动轨迹的控制

1.2.3　数控机床运动轨迹的控制

数控机床对运动轨迹的控制主要有3种形式：点位控制运动、直线控制运动和连续控制运动。

1.点位控制运动

点位控制只要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点的准确定位，点与点之间的运动轨迹没有严格要求，在移动过程中不进行任何切削加工。因此，为了提高加工效率，保证定位精度，一般移动按照“先快后慢”的原则，即先快速接近目标点，再低速趋近并准确定位。如图1-12所示为数控钻床加工示意图。点位控制方式仅用于数控钻床、数控镗床和数控冲床等。

2.直线控制运动

直线控制运动指刀具或工作台以给定的速度按直线运动。这类数控机床不仅要控制移动部件从一点准确地移动到另一点，而且要控制移动部件的运动速度和轨迹。刀具相对工件移动的轨迹是平行于机床某一坐标轴的直线，移动部件在移动过程中进行切削加工，加工示例如图1-13所示。直线控制方式仅用于简易数控车床、数控铣床等。

图1-12　点位控制加工示意图

图1-13　直线控制加工示意图

3.连续控制运动

连续控制运动也称为轮廓控制运动，指刀具或工作台按工件的轮廓轨迹运动，它不仅能控制移动部件从一个点准确地移动到另一个点，而且还能控制整个加工过程每一点的速度与位移量，这样可以加工出由任意斜线、曲线或曲面组成的复杂零件。

如图1-14所示为轮廓控制的加工轨迹，刀具在运动过程中对工件表面连续进行切削。能够进行轮廓控制的机床至少是两轴联动。所谓联动轴数是指：按照一定的函数关系能够同时协调运动的轴数。联动轴数越多，其空间曲面加工能力越强。大多数数控机床都具有轮廓切削控制功能，如数控车床、数控铣床、数控磨床、数控齿轮加工机床和数控加工中心等。这些机床根据所控制的联动坐标轴数不同，又可以分为下面几种形式：

（1）两轴联动

主要用于数控车床加工回转体曲面或用于数控铣床加工箱板类零件的曲线轮廓，如图1-14所示。

（2）两轴半联动

主要用于三轴以上机床的控制，其中两轴可以联动，而另外一根轴可以作周期性进给。如图1-15所示就是采用这种方式用行切法加工三维空间曲面。

图1-14　轮廓控制加工示意图

图1-15　二轴半联动加工曲面

（3）三轴联动

一般分为两类，一类就是X、Y、Z三个直线坐标轴联动，比较多的用于数控铣床、加工中心等，如图1-16所示是用球头铣刀铣切三维空间曲面。另一类是除了同时控制X、Y、Z其中两个直线坐标外，还同时控制围绕其中某一直线坐标轴旋转的旋转坐标轴。如车削加工中心，它除了控制Z轴和X轴两个直线坐标轴联动外，还需同时控制C轴（围绕Z轴旋转的主轴）联动，如图1-17所示。

图1-16　三轴联动加工曲面图

图1-17　C轴Z轴进给在圆柱面上铣螺旋槽

（4）四轴联动同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴联动，如图1-18所示为同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴与一个刀具摆动联动的数控机床。

图1-18　四轴联动加工曲面

（5）五轴联动除同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴联动外，还同时控制围绕这些直线坐标轴旋转的A、B、C坐标轴中的两个坐标轴，形成5个轴联动。如图1-19所示，除了3个直线运动坐标外，工作台还可以作回转运动，另外支撑工作台的托盘还可以摆动。这样3个直线坐标加上两个回转坐标形成了五轴联动。这时刀具可以被定在空间的任意方向，加工任意形状复杂的零件。

图1-19　五轴联动