CNC 공작기계에는 여러 종류가 있으며 분류 방법도 다양합니다. 일반적으로 기능과 구조에 따라 다음과 같은 원칙에 따라 분류할 수 있습니다.
1공작기계 이동의 제어 궤적에 따른 분류.
(1) 점 제어 CNC 공작기계
점 위치 제어는 공작기계의 이동부를 한 점에서 다른 점으로 정확하게 이동시키는 것만을 요구하며, 점 사이의 이동 경로에 대한 요구 사항은 엄격하지 않고, 이동 과정 중에는 가공 작업이 수행되지 않으며, 각 좌표축 사이의 이동 자체는 중요하지 않습니다. 빠르고 정확한 위치 결정을 위해 일반적으로 먼저 빠르게 이동한 후, 위치 결정 지점에 천천히 접근하여 위치 정확도를 확보합니다. 아래 그림은 점 위치 제어 방식을 사용하여 위치를 결정하는 방법을 보여줍니다.
점 제어 기능을 갖춘 공작기계는 주로 CNC 드릴링 머신, CNC 밀링 머신, CNC 펀칭 머신 등을 포함합니다. 수치 제어 기술의 발전과 수치 제어 시스템 가격의 하락으로 인해, 수치 제어 시스템에서 단순히 점 제어만을 사용하는 경우는 드뭅니다.
(2) 선형 제어 CNC 공작기계
선형 CNC 공작기계는 병렬 제어 CNC 공작기계라고도 하며, 두 지점 사이의 정밀 위치 제어 외에도 두 지점 사이의 이동 속도와 경로(궤적)를 제어할 수 있다는 특징이 있습니다. 단, 이동 경로는 공작기계 좌표축과 평행해야 합니다. 또한, 제어 좌표축이 하나뿐이므로 보간 연산이 필요하지 않으며(CNC 시스템에서 보간 연산 기능이 필요 없음), 지정된 이송 속도로 절삭 가공이 수행됩니다.
선형 제어 기능을 갖춘 공작기계에는 비교적 간단한 CNC 선반, CNC 밀링 머신, CNC 연삭기 등이 있습니다. 이러한 공작기계의 CNC 시스템은 선형 제어 CNC 시스템이라고도 합니다. 마찬가지로, 단순 선형 제어 기능을 갖춘 CNC 공작기계는 드뭅니다.
⑶ 윤곽 제어 CNC 공작 기계
윤곽 제어 CNC 공작기계는 연속 제어 CNC 공작기계라고도 하며, 두 개 이상의 이동 좌표의 속도와 변위를 동시에 제어할 수 있는 것이 특징입니다.
이러한 공작기계에는 주로 CNC 선반, CNC 밀링 머신, CNC 와이어 커팅기, 머시닝 센터 등이 포함됩니다. 제어하는 연결축 좌표계의 개수에 따라 다음과 같은 형태로 분류할 수 있습니다: CNC 공작기계.
공작물 윤곽을 따라 공구의 상대적인 이동 궤적을 맞추고 공작물 가공 윤곽의 요구 사항을 충족하기 위해서는 각 좌표 이동의 변위 제어와 속도 제어가 적절히 조화되어야 합니다.
따라서 이 제어 모드에서는 수치 제어 장치가 조작 기능을 삽입 및 보완해야 합니다. 여기서 삽입 및 보완이란 프로그램에 입력된 기본 데이터(예: 선의 끝점 좌표, 원호의 끝점 좌표, 원의 중심 좌표 또는 반지름)에 따라 수치 제어 시스템에서 조작자를 삽입 및 보완하는 수학적 처리를 통해 선이나 호의 형상을 나타내는 것을 의미합니다. 즉, 계산 결과에 따라 각 좌표축 컨트롤러에 펄스가 전달되어 각 좌표축의 연동 변위와 요구되는 윤곽을 제어합니다. 이동 중에 공구는 공작물 표면을 연속적으로 절삭하여 다양한 직선, 호 및 곡선의 윤곽 제어 가공 경로를 가공할 수 있습니다.
①2축 링크: 주로 CNC 선반에서 회전면을 가공하거나 CNC 밀링 머신에서 곡선 기둥을 가공하는 데 사용됩니다.
②2축 반연동 제어: 주로 3축 이상의 공작기계 제어에 사용되며, 그중 2축을 연동하고 나머지 1축은 주기 이송에 사용할 수 있습니다.
③ 3축 링크: 일반적으로 두 가지 범주로 나뉘는데, 하나는 X/Y/Z 3개의 선형 좌표축을 링크하는 것으로, 주로 CNC 밀링 머신, 머시닝 센터 등에 사용됩니다. 다른 하나는 X/Y/Z의 두 개의 선형 좌표축을 동시에 제어하는 것 외에도, 해당 선형 좌표축을 중심으로 회전하는 회전 좌표축도 제어할 수 있는 유형입니다.
예를 들어, 선삭 가공 센터는 스핀들(Z축)이 세로축(Z축) 및 가로축(X축)과 연동되는 것 외에도 Z축을 중심으로 회전하도록 제어해야 합니다.
④ 4축 연동: X/Y/Z의 세 선형 좌표축을 동시에 제어하여 동일한 회전 좌표축과 연결합니다.
⑤ 5축 연동: Z축의 동시 제어 외에도 a, b, c 좌표축의 두 축이 동시에 회전합니다. 5축 연동이 이루어지면 공구를 공간상의 모든 방향으로 설정할 수 있습니다.
예를 들어, 공구를 x축과 y축 두 방향으로 동시에 회전하도록 제어하면 공구는 절삭 지점에서 항상 가공 대상 윤곽면의 법선 방향을 유지하게 되어 가공면의 평활도를 확보하고 가공 정확도와 효율을 향상시키며 가공면의 거칠기를 줄일 수 있습니다.
2. 서보 제어 방식에 따른 분류
(1) CNC 공작기계의 개루프 제어
이러한 종류의 공작기계의 이송 서보 구동 장치는 개루프 방식이며 검출 및 피드백 장치가 없습니다. 일반적으로 구동 모터는 스테퍼 모터입니다. 스테퍼 모터의 주요 특징은 제어 회로가 명령 펄스 신호를 변환할 때마다 모터가 스텝 각도만큼 회전하며, 모터 자체에 자체 잠금 기능이 있다는 것입니다.
CNC 시스템에서 출력되는 이송 명령 신호는 펄스 분배기를 통해 구동 회로를 제어하고, 펄스 분배기는 펄스 수를 변경하여 좌표 변위를 제어합니다. 즉, 펄스 주파수를 변경하여 변위 속도를 제어하고, 펄스 분배 순서를 변경하여 변위 방향을 제어합니다.
따라서 이 제어 방식의 가장 큰 특징은 편리한 제어, 간단한 구조 및 저렴한 가격입니다. 수치 제어 시스템에서 전송되는 명령 신호는 단방향이므로 제어 시스템의 안정성 문제는 없지만, 기계식 전달의 오차에 대한 피드백 보정이 없기 때문에 변위 정확도가 높지 않습니다.
과거 CNC 공작기계는 이러한 제어 방식을 사용했는데, 고장률이 비교적 높았습니다. 현재는 구동 회로의 개선으로 여전히 널리 사용되고 있습니다. 특히 우리나라에서는 일반적인 경제형 CNC 시스템과 기존 장비의 CNC 개조에 이 제어 방식이 주로 사용됩니다. 또한, 이 방식을 사용하면 단일 칩 컴퓨터나 단일 보드 컴퓨터를 수치 제어 장치로 구성할 수 있어 전체 시스템의 가격을 낮출 수 있습니다.
(2) 공작기계의 폐루프 제어
CNC 공작기계의 이송 서보 드라이브는 폐루프 피드백 제어 모드로 작동합니다. 구동 모터는 DC 또는 AC 서보 모터를 사용할 수 있으며, 위치 피드백과 속도 피드백을 설정해야 합니다. 가공 과정 중 이동 부품의 실제 변위를 언제든지 감지하여 수치 제어 시스템의 비교기에 실시간으로 피드백합니다. 보간 연산으로 생성된 명령 신호와 비교하여 차이를 계산하고, 이 차이를 서보 드라이브의 제어 신호로 사용하여 이동 요소를 구동함으로써 변위 오차를 제거합니다.
위치 피드백 검출 소자의 설치 위치와 사용되는 피드백 장치에 따라 완전 폐루프 제어와 반 폐루프 제어의 두 가지 제어 모드로 나뉜다.
