공작 기계의 이해: 유형 및 분류

공작 기계는 다른 기계를 제조하는 데 사용되는 기계를 말합니다. 공작 기계 또는 공구 기계라고도 하며, 전통적으로 공작 기계라고도 합니다.

공작기계는 일반적으로 금속 절삭 공작기계, 단조 공작기계, 목공 공작기계 등으로 나뉩니다.

현대 기계 제조에는 기계 부품을 가공하는 다양한 방법이 있습니다. 절단 외에도 주조, 단조, 용접, 스탬핑, 압출 등이 있습니다. 하지만 정밀도가 높고 미세한 부품은 표면 거칠기 일반적으로 공작 기계의 절삭 방법을 사용하여 가공해야 합니다.

공작기계는 국가 경제 현대화 건설에 중요한 역할을 합니다.

공작 기계의 종류

CNC 기계의 종류와 사양은 매우 다양하며 분류 방법도 다양할 수 있습니다. 그러나 일반적으로 다음 네 가지 원칙을 사용하여 기능과 구조에 따라 분류할 수 있습니다.

공작 기계 동작의 제어 궤적에 따른 분류

(1) CNC 기계 포인트 제어 기능이 있는 도구

포인트 제어는 공작 기계의 움직이는 부품을 한 지점에서 다른 지점으로 정확하게 배치하기만 하면 되며, 포인트 간의 동작 궤적에 대한 요구 사항은 엄격하지 않습니다. 이동 중에는 가공이 수행되지 않으며 좌표축 간의 이동은 관련이 없습니다.

빠르고 정확한 포지셔닝을 위해 일반적으로 두 점 사이의 변위는 먼저 빠르게 이동한 다음 포지셔닝 포인트에 천천히 접근하여 포지셔닝 정확도를 보장합니다. 아래 그림은 포인트 위치 제어의 모션 트랙을 보여줍니다.

포인트 제어 기능이 있는 공작기계에는 주로 CNC 드릴링 머신, CNC 밀링 머신, CNC 펀치 등이 있습니다.

수치 제어 기술의 발전과 수치 제어 시스템의 가격 하락으로 점 제어에만 사용되는 수치 제어 시스템은 점점 더 희귀해지고 있습니다.

(2) 선형 제어 CNC 공작 기계

병렬 제어 CNC 공작 기계라고도 하는 선형 제어 CNC 공작 기계는 제어 지점 간의 정확한 위치 지정뿐만 아니라 두 관련 지점 간의 이동 속도와 궤적도 제어할 수 있는 기능이 있습니다.

그러나 이동 경로는 공작 기계의 좌표축과 평행하게만 이동하므로 동시에 하나의 좌표축만 제어되므로 CNC 시스템에서 보간 작업 기능이 필요하지 않습니다. 변위 중에 공구는 지정된 이송 속도로 절삭할 수 있으며 일반적으로 직사각형 및 계단식 부품만 가공할 수 있습니다.

선형 제어 기능이 있는 공작 기계는 주로 비교적 간단한 CNC 선반, CNC 밀링 머신, CNC 그라인더 등으로 구성됩니다. 이 공작 기계의 CNC 시스템을 선형 제어 CNC 시스템이라고도 합니다. 마찬가지로, CNC 공작 기계 선형 제어에만 사용되는 경우는 드뭅니다.

(3) 윤곽 제어 CNC 공작 기계

윤곽 제어 CNC 공작 기계의 가공 다이어그램

연속 제어 CNC 공작 기계라고도 하는 윤곽 제어 CNC 공작 기계는 두 개 이상의 동작 좌표의 변위와 속도를 동시에 제어하는 기능이 있습니다.

공작물 윤곽을 따라 공구의 상대적인 이동 경로와 공작물 가공 윤곽의 요구 사항을 충족하려면 각 좌표 모션의 변위 제어 및 속도 제어를 지정된 비례 관계에 따라 정확하게 조정해야 합니다. 따라서 이 제어 모드의 NC 장치에는 보간 작업 기능이 필요합니다.

보간은 선의 끝 좌표, 호의 끝 좌표, 중심 좌표 또는 반지름과 같은 프로그램의 기본 데이터 입력을 기반으로 NC 시스템에서 보간 계산기의 수학적 처리를 통해 선 또는 호의 모양을 설명하는 작업입니다. 그런 다음 계산 결과에 따라 각 좌표축 컨트롤러에 펄스가 분배되어 필요한 윤곽을 충족하도록 각 좌표축의 연결 변위를 제어합니다.

이동하는 동안 공구는 공작물 표면을 지속적으로 절단하고 모든 종류의 직선, 호 및 곡선을 처리할 수 있습니다. 이러한 공작 기계는 주로 CNC 선반, CNC 밀링 머신, CNC 와이어 커팅 머신, 머시닝 센터 등으로 구성됩니다.

해당 NC 장치를 윤곽 제어 NC 시스템이라고 하며, 제어하는 연결 좌표축의 수에 따라 다음과 같은 형태로 분류할 수 있습니다:

2축 연결

주로 다음 용도로 사용됩니다. NC 선반 회전 표면 가공 또는 곡선형 원통형 표면을 가공하는 NC 밀링 머신.

2축 반연결 ② 2축 반연결

주로 3개 이상의 축을 가진 공작 기계를 제어하는 데 사용됩니다. 두 축은 연결할 수 있고 다른 축은 주기적으로 공급할 수 있습니다.

3축 연결 ③ 3축 연결

일반적으로 두 가지 범주로 나뉩니다. 하나는 CNC 밀링 머신, 머시닝 센터 등에서 주로 사용되는 세 개의 선형 좌표축 X/Y/Z의 연결입니다.

다른 하나는 두 개의 선형 좌표축 외에 선형 좌표축 중 하나를 중심으로 회전하는 회전 좌표축을 X/Y/Z로 동시에 제어하는 것입니다.

예를 들어 터닝 센터에서는 세로(Z축) 및 가로(X축) 선형 좌표축의 연결 외에도 Z축을 중심으로 회전하는 메인 스핀들(C축)의 연결도 동시에 제어해야 합니다.

4축 연결 ④ 4축 연결

X/Y/Z의 세 가지 선형 좌표축과 회전 좌표축 사이의 연결을 동시에 제어합니다.

5축 연동 ⑤ 5축 연동

세 개의 X/Y/Z 좌표축의 연결을 동시에 제어할 뿐만 아니라 이 선형 좌표축을 중심으로 회전하는 A, B, C 좌표축의 두 좌표축도 제어하여 다섯 개의 축을 동시에 제어하는 연결고리를 형성합니다.

이때 공구는 공간의 모든 방향으로 설정할 수 있습니다. 예를 들어, 공구가 X축과 Y축을 동시에 회전하도록 제어하여 공구가 절단 지점에서 가공된 윤곽 표면과 정상 방향을 유지하여 가공 표면의 매끄러움을 보장하고 가공 정확도와 효율성을 향상시키며 가공 표면의 거칠기를 줄일 수 있습니다.

2. 서보 제어 모드별 분류

(1) 개방형 루프 제어 CNC 공작 기계

이 유형의 공작 기계의 이송 서보 드라이브는 개방형 루프이므로 감지 피드백 장치가 없습니다. 일반적으로 구동 모터는 스테핑 모터입니다. 스테핑 모터의 주요 특징은 제어 회로가 명령 펄스 신호를 변경할 때마다 모터가 스텝 각도를 회전하고 모터 자체에 자체 잠금 기능이 있다는 것입니다.

NC 시스템에서 출력되는 이송 명령 신호는 펄스 분배기를 통해 구동 회로를 제어합니다. 변환 펄스의 수에 의해 좌표 변위를, 변환 펄스의 주파수에 의해 변위 속도를, 변환 펄스의 분포 순서에 의해 변위 방향을 제어합니다. 따라서 이 제어 모드의 가장 큰 특징은 편리한 제어, 간단한 구조, 저렴한 가격입니다.

NC 시스템에서 보내는 명령 신호 흐름은 단방향이므로 제어 시스템의 안정성에는 문제가 없습니다. 그러나 기계적 전달의 오차가 피드백에 의해 보정되지 않기 때문에 변위 정확도가 높지 않습니다. 초기 CNC 공작 기계는 이 제어 모드를 사용했지만 고장률이 상대적으로 높았습니다.

현재 구동 회로의 개선으로 인해 여전히 널리 사용되고 있습니다. 특히 중국에서는 이 제어 모드가 일반 경제형 NC 시스템과 구형 장비의 NC 변환에 자주 사용됩니다. 또한 이 제어 모드는 단일 칩 마이크로 컴퓨터 또는 단일 보드 컴퓨터를 수치 제어 장치로 구성할 수 있어 전체 시스템의 가격을 낮출 수 있습니다.

(2) 폐쇄 루프 제어 공작 기계

이러한 종류의 NC 공작 기계의 이송 서보 드라이브는 폐쇄 루프 피드백 제어 모드를 사용하여 작동합니다. 구동 모터는 DC 또는 AC 서보 모터일 수 있으며, 위치 피드백 및 속도 피드백을 구성해야 합니다.

가공 중에 움직이는 부품의 실제 변위가 지속적으로 감지되어 적시에 NC 시스템의 비교기에 피드백됩니다. 이 값은 보간 작업을 통해 얻은 명령 신호와 비교됩니다. 이 둘의 차이는 서보 드라이브의 제어 신호로 사용되어 변위 부품을 구동하여 변위 오류를 제거합니다.

위치 피드백 감지 요소의 설치 위치와 사용되는 피드백 장치에 따라 완전 폐쇄 루프 또는 반폐쇄 루프 제어 모드가 결정됩니다.

완전 폐쇄 루프 제어

그림과 같이 위치 피드백 장치는 선형 변위 감지 요소를 채택하고 있으며, 현재 격자 눈금자가 일반적으로 사용되고 있습니다. 공작 기계의 안장에 설치되어 공작 기계 좌표의 선형 변위를 직접 감지할 수 있습니다.

피드백을 통해 모터에서 기계 안장까지 전체 기계식 변속기 체인의 전송 오류를 제거하여 공작 기계의 높은 정적 위치 정확도를 얻을 수 있습니다.

그러나 전체 제어 루프 내에서 많은 기계식 변속기 링크의 마찰 특성, 강성 및 간극은 비선형적입니다. 또한 전체 기계식 변속기 체인의 동적 응답 시간은 전기 응답 시간에 비해 훨씬 커서 전체 폐쇄 루프 시스템의 안정성 보정에 상당한 어려움을 초래합니다. 따라서 시스템의 설계와 조정도 매우 복잡합니다.

이 완전 폐쇄 루프 제어 모드는 주로 높은 정밀도가 요구되는 CNC 좌표 기계 및 CNC 정밀 연삭기에 사용됩니다.

반폐쇄형 루프 제어

그림과 같이 위치 피드백은 각도 감지 요소를 활용하며, 현재 주로 사용되는 유형은 엔코더입니다. 서보 모터 또는 리드 스크류 끝에 직접 설치됩니다.

대부분의 기계식 전송 링크는 시스템의 폐쇄 루프에 포함되지 않기 때문에 보다 안정적인 제어 특성을 얻기 위해 호출됩니다.

리드 스크류에 존재하는 것과 같은 기계적 전송 오류는 피드백을 통해 언제든지 수정할 수 없습니다. 그러나 소프트웨어 설정 보정 방법을 활용하여 정확도를 개선할 수 있습니다.

현재 대부분의 CNC 공작 기계는 반폐쇄형 제어 모드를 채택하고 있습니다.

하이브리드 제어 CNC 공작 기계

위의 제어 모드의 특성을 선택적으로 결합하여 하이브리드 제어 체계를 구성합니다.

앞서 언급했듯이 개방형 루프 제어 모드는 안정성이 좋고 비용이 저렴하며 정확도가 떨어지는 반면, 완전 폐쇄형 루프 모드는 안정성이 떨어집니다.

따라서 서로를 보완하고 일부 공작 기계의 제어 요구 사항을 충족하려면 하이브리드 제어 모드를 채택해야 합니다.

개방형 루프 보정 및 반폐쇄형 루프 보정이 널리 사용됩니다.

3. CNC 시스템의 기능 수준에 따른 분류

의 기능 수준에 따라 CNC 시스템에서는 일반적으로 저, 중, 고 등급으로 나뉩니다.

저학년, 중학년, 고학년의 경계는 상대적이며 기간에 따라 구분 기준이 달라집니다.

현재 개발 수준에 따라 다양한 유형의 CNC 시스템 특정 기능 및 지표에 따라 저, 중, 고 등급으로 나눌 수 있습니다.

그 중 중간 등급과 높은 등급을 일반적으로 풀 기능 CNC 또는 표준 CNC라고 합니다.

4. 가공 기술 및 공작기계 사용 유형에 따른 분류

(1) 금속 절단

선삭, 밀링 등 다양한 절삭 공정을 갖춘 CNC 공작 기계를 말합니다, 드릴링연마, 리밍 및 평면화 작업을 수행합니다.

다음 두 가지 카테고리로 나눌 수 있습니다:

일반 CNC 공작 기계

CNC 선반, CNC 밀링 머신, CNC 그라인더 등

머시닝 센터

주요 특징은 자동 공구 교환 메커니즘이 있는 공구 매거진으로, 공작물이 한 번 통과하는 방식입니다.

클램핑 후 자동으로 모든 종류의 절단 도구밀링(터닝) 키, 힌지, 드릴링, 탭핑 등 다양한 공정이 (건축/밀링) 머시닝 센터, 터닝 센터, 드릴링 센터 등과 같은 동일한 공작기계에서 공작물의 각 가공면에 연속적으로 처리됩니다.

(2) 금속 성형

압출, 펀칭, 프레스, 드로잉 등을 채택한 CNC 공작 기계를 말합니다. 성형 프로세스. 일반적으로 사용되는 것은 CNC 프레스, CNC 브레이크 누르기 기계, CNC 파이프 벤딩 머신, CNC 방적기 등입니다.

(3) 특수 처리

주로 CNC WEDM, CNC EDM 성형기, CNC 화염 절단기가 있습니다, CNC 레이저 가공기등

(4) 측량 및 그리기

주로 CMM, NC 공구 설정 기기, NC 플로터 등이 있습니다.