数控磨床y轴结构(编辑修改稿)

数控磨床y轴结构(编辑修改稿)内容摘要：

起 了 构件质量的 加多 ，会使共振频率发生骗移，这是不利 于设计 的。 因此， 重点应放在 提高单位质量的个刚度。 提 高灵敏度 该数控磨床 Y轴 经过 数字信息来控制刀具与工件的相对运动，它 需要 在相当大的进给速度范围内都能 够 达到 比较 高的精度， 是以 运动部件应 当 具 备 较高的灵敏度。 导轨部分 使 用贴塑滑动导轨，以减少摩擦力 让 其在低速时无爬行现象。 工作台的移动 使 用支流伺服电机驱动，经滚珠丝杠传动， 消减 了进给系统所需要的驱动扭矩， 使得 运动精度和运动平稳性 提高了。 三江学院 20xx届本科生毕业设计（论文） 7 第三章 进给伺服系统结构设计 进给伺服系统的作用 伺服系统 接收 数控装置发出的进给脉冲或 者 进给位移量，并把它变 更 成模拟量 ( 如电压 、 转角 、相位等 )，经功率放大后 从而 驱动工作台，使工作台 依照 精确的定位或 根据 规定的轨迹作相对运动， 从而能 加工出 合适 于精度要求的零件。 因此，伺服系统的性能也是决定数控机床的加工精度、加工表面质量、生产率和机床的可靠性的关键之一。 进给伺服系统的设计要求 对进给伺服系统的 要求 带有数字 显示 的进给驱动系统都属于伺服系统。 进给伺服系统不 光 是数控机床的一个 主 要组成部分， 同样 也是数控机床 与一般机床 不同 的一个特殊 机构。 数控机床对 于 进给系统的性能指标可 分 为：定位精度 高；跟踪指令信号的响应要快速 ；系统 的稳定性要好。 稳定性 稳定的系统，即系统在输入量的 变化 、启动状态或外界 不稳定 作用下，其输出量经 由 几次衰减振荡后，能 快速 地稳定在新的或原有的 稳定 状态下。 它是伺服系统 可以举行 正常工作的基本条件。 它 蕴含 绝对稳定性和相对稳定性。 进给伺服系统的稳定性 以及 系统的惯性、刚度、阻尼 和 系统增益都有 相 关。 得当采取 系统的机械参数（主要 的有 阻尼、刚度、谐振频率 以及 失动量等）和电气 数据 ， 从而 使它们 拥有 最 佳 互 配，是进给伺服系统的设计的 目的 之一。 精度 所谓进给伺服系统的精 确 度 就 是指系统的输出量复线输入量的 切确 程度， 也 就是 准确性。 它包含动态误差，即瞬态过程 中呈现出 的偏差；稳态误差，即瞬态过程结束后 所存在的偏差 ；静态误差， 也就是 元件误差 和 干扰误差。 快速响应特性 所谓的快速响应 系统 是指系统对指令输入信号的 反应 速度及瞬态过程 停止 的迅速程度。 它包 括 系统的响应时间，加速传动装置的 能力。 该系统直接影响机床的加工精度和生产率。 使该 系统的响应速度 更 快， 从而让 加工效率越 高，轨迹 和 精度 更 高。 但响应速度过快会 使 系统 出现 超调， 严重的 会引起系统的不稳定。 因此，应 该 选择 合适的 快速响应特性。 该数控磨床 Y轴 使用 轮廓控制， 因此 要求高的定位精度 外，还要求 很 好的快速性 同时还有 形成轮廓的各运动坐标伺服系统动态 能力 的一致性。 该数控磨床 使用 的是 闭环控制型式，对于闭环系统主要是稳定性问题。 三江学院 20xx届本科生毕业设计（论文） 8 进给伺服系统的设计要求 机床的位置调节 会 对进给伺服系统提出很高的要求。 其中在静态设计 应该 ： 1. 能够克服摩擦力和负载： （ 1）很小的进给位移量； （ 2）高的静态扭转刚度； （ 3）足够的调速范围。 2. 进给速度均匀，在速度很低时 没有 爬行现象。 3. 在动态设计方面的要求有： (1) 具有 良好 的加速和制动转矩， 从而 完成启动制动过程； (2) 具有良好的动态特性来保证高精度 和良好的表面质量的轨迹 (3) 负载引起的轨迹误差尽可能的小； 4. 机械传动部件的设计要求有： (1) 被加速的运动部件具有小的惯量； (2) 高的刚度； (3) 良好的阻尼； (4) 传动部件在拉压刚度、扭转刚度、摩擦阻尼特性和 间隙方面 尽 可能小的非线性。 进给伺服系统的组成 图 31 伺服系统的组成 进给伺服系统的分类 按控制方式不同分为开环系统、半闭环系统和闭环系统 .该次设计的数控磨 三江学院 20xx届本科生毕业设计（论文） 9 床 Y轴采用闭环系统。 a) 采用闭环系统的原因： 1 . 安装在桌子上的闭环系统检测装置，由于闭环系统可以自动补偿系统误差，控制精度高（ ～ ）快速的性能，但成本高， 而该数控磨床要求进给精度为 mm，为了满足设计要求，采用闭环系统。 具有 结构简单、工作可靠、造价低 ，但是没有位置反馈环节 ，会使得定位误差不能调节 ， 其控制精度（ ～ mm）和快速性 不好。 无法 满足该数控磨床的 要求 ,所以 不采用开环系统 . 3. 半闭环系统检测装置安装在滚珠丝杠轴 和 电机轴 其中一 端。 因为 检测元件检测的反馈信号不 包括 从丝杠轴到工作台间传动链的误差， 是以 这部分误差 无法 到自动补偿，精度比闭环系统的 精度 要低， 同时也 不满 足该数控磨床的要求，所以 不采用半闭环系统。 b) 闭环系统的组成原理 机床数控装置中 产生 的指令信号 和 工作台末端 测量 得 到 的实际位置反馈信号进行 对比 ， 按照 其差值 持续 控制运动，进行误差修正，直 到 差值在误差 容 许的范畴 之内为止。 采用闭环系统控制可以消除 因为 运动部件制造中存在的精度误差从而 给工件带来的影响， 因此 得到很高的加工精度。 个部分的关系如下图所示： 图 32 闭环系统的组成原理 给伺服系统的数学模型 数控机床的位置调节系统 数控机床的位置调节技术保证被零件 加工 的尺寸精度和 形状 精度。 其位置调 节系统如图所示： 输入参数的产生和位置调节器的功能可用计算机完成 ,从而构成一个数字位置调节系统。 进给驱动部件可以是电气的或是液压的 ,分别称为电气驱动部件和液压三江学院 20xx届本科生毕业设计（论文） 10 驱动部件。 该数控磨床 Y轴 使用 电气驱动， 包括 了 从定值的输入到电机的输出。 从电机的输出 通过 机械传动到工作台 ，这 称 之 为机械传动部件。 进给伺服系统的数字模型 在位置环的调节上有模拟式和数字式，或者说有连续控制方式和离散控制方式。 机床的数 控 系统是由 一台 计算机作为调节器， 根据 采样 模式 工作的，属于离散控制方式。 这 种 系统精度高 ，动态性能 高 ，可充分 使 用计算机的快速运算功能和 保存 功能， 使得进 给伺服系统 永远 处于最 好 工作状态。 另外， 因为 计算机作为调节器， 是以 调节系统 拥 有很大柔性。 进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析 时间响应性 进给伺服系统的动态特性， 根据不同的描述方法 ，分为时间 和频率响应 特性 时间响应特性是 反映 系统对迅速变化的指令 是 否 可以 迅速跟踪的特性，它由瞬态响应和稳态响应两 个 部分组成。 该 系统包含 多个 储能元件，所以当输入量 传输到 系统时，系统输出不能立刻 按照 输入量 的 变化， 要 在系统达到稳定之前 体现为瞬态响应过程（或叫 过度过程）。 稳定响应是指 加入 时间 t 趋向无穷大时系统的输出 状况。 如果 在稳态时，输出与输入 无法 完全 一致 ， 那么 就认为系统 有 稳态误差。 系统的时间响应特性不 但 决定于系统结构、性能（如一阶系统和二阶系统就不同）， 并 且也决定于输入信号的 种类 ，且随加工 目标 的不同 和 切削用量的不同而转变。 尤其考虑到启动、停车、正反方向等控制情况，各坐标轴速度信号的变化极为复杂。 频率响应特性 时间响应特性是从微分方程出发，研究系统响应随时间的变化规律，即在已知传递函数的情况下，从系统在节跃输入及斜坡输入 期间 响应速度及振荡过程的状 况 中来获得动态特性参数。 但是 在 许 多情况下，传递函数 模糊 ，所以只能 通过实验方法 获得 动态特性的。 所谓频率响应特性， 便 是系统对正弦输入信号的 反映 ，即它是通过 考虑 系统对正弦输入信号 响应 的 规律来获得 它的 动态特性。 由于频率特性 和 传递函数 有着 密切 的关系 ， 所以 在工程中的应用越来越多。 可 以从 频率响应数据拟合成传递函数 从 而建立数学模型。 三江学院 20xx届本科生毕业设计（论文） 11 稳定性分析 对控制系统的基本要求是工作的稳定性。 只有稳定的工作 才能进一步探讨性能指标。 系统的稳定受多种因素的影响，其中包括机械传动部件的惯性、阻尼、刚性和 传动比。 为考察机械传动部件的参数对系统稳定性的影响，根据稳定判断式编制计算程序。 快速性分析 所谓快速性分析是指分析系统的快速响应性能，快速性反映了系统的瞬态质 量。 解释 系统快速性的方法 不少 ，有直接求解法、间接评价法 以及 计算机模拟法等。 直接求解法 较为 麻烦，且 难以 得到系统结构和参数对 于 瞬态质量 的 影响 规律；计算机 仿真 十分简便，而且还 能适用于 复杂系统结构、多变量系统 以及 非线性系统 等 某些难 以 得 到 数学模型的系统， 但是 它需要一套软件 以及 上机条件。 间接评价法，方法 比较 简单， 而且 能明显地看 到 系统结构 以及 参数对 于 瞬态质量的影响， 所以 广泛地 运 用在系统分析和设计。 关于 线性进给伺服系统， 因为 它包 含 各种电路、机电转换装置 以及 机械传动机构，系统各 个 环节都有时间常数，对 于 高频信号 不能 及 时 反应， 仅仅 是一个低通滤波器。 这 类 系统的通频带宽，对高频 信息 响应速度快， 是 以从开环频率特性图看， 应该要 提高闭环回路的响应速度。 为 了 使 得 进给伺服系统 拥有 良好的伺服性能（稳定、快速）， 外国 文献对 于 机械传动部件 要求 很高的谐振频率，但 是 对 于 这些数据 没有进行理论分析。 有的 作者 认为：在电气伺服系统中，可控硅电源 和 支流马达特性引 发 的谐振是 使得 伺 服系统性能限制 的因素。 但 是 实际上 由于 机械传动部件不是刚性， 常常 达不到很高的谐振频率， 而 且阻尼又低， 很 可能 因此 成为提高伺服性能的限制因素。 伺服精度 伺服精度的 大小 用误差的大小来平衡， 常讲的 伺服误差是伺服系统稳态时 的指令位置和实际位置 的 差，它反映 系统的稳态质量。 理想的伺服系统是在任 何 时刻输出和输入都 是 同步 的 ，没有误差， 然而 这是不可能的。 形 成不同步的原因 有 很多，系统 因为 本身动态特性，外加负载 以及 内部扰动等 等 都 可能 造成实际位置 与 指令位置 的偏移。 三江学院 20xx届本科生毕业设计（论文） 12 想要 求出伺服误差， 一定要 分别求出系统在输入信号 以及 外加负载等 等 信号的 共同 作用下 发生 的输出响应， 而 后 按照 线性系统的叠加原理将 所有的 响应叠加起来 从而知道 实际位置， 然后 用指令位置减去实际位置 就能 得到伺服误差。 要 算出 进给驱动系统伺服误差的 计算 表达式。 要 讨论以下几个重要概念：。