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数控机床伺服进给系统的分析及MATLAB仿真

数控机床伺服进给系统的分析及MATLAB仿真
数控机床伺服进给系统的分析及MATLAB仿真

非笔试课程考核报告

(以论文或调研报告等形式考核用)

2013 至2014 学年第 2 学期

考核课程:系统建模分析与仿真

提交日期:2014 年 6 月23 日

报告题目:数控机床伺服进给系统的分析及MATLAB/simulink仿真Array

姓名XXXXXX

学号2013070105

年级13级研究生

专业机械电子工程

所在学院机电工程学院

山东建筑大学研究生处制

图8 根轨迹图

可知进给系统为稳定的,然后可以建立进给系统的S I M U L I N K仿真模型如图

图10 前处理后扰动作用下的simulink仿真模块

数控机床进给系统设计

数控机床进给系统设计

第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示: 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同,它们对进给伺服系统的要求也不尽相同,但通常可概括为以下几方面:可逆运行;速度范围宽;具有足够的传动刚度和高的速度稳定性;快速响应并无超调;高精度;低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 (1)从最低速到最高速电机都能平稳运转,转矩波动要小,尤其在低速如0.1r /min 或更低速时,仍有平稳的速度而无爬行现象。 (2)电机应具有大的较长时间的过载能力,以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 (3)为了满足快速响应的要求,电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩,并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力,才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 (4)电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展,数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID,使用灵活,柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施,使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反

馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同,闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内,后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上,机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低,但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在,故开环系统的精度和快速性较差。 全闭环系统控制精度高、快速性能好,但由于机械传动部件在控制环内,所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数,而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系,故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高,且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有:脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。 直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高,故障多,维护困难,经常因碳刷产生的火花而影响生产,并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力,限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上,使得电动机效率低,散热差。为了改善换向能力,减小电枢的漏感,转子变得短粗,影响了系统的动态性能。 交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位,并随着新技术的发展而不断完善,具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展,智能化功率模块得到普及与应用;二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟,将促进先进控制算法的应用;三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟,将使基于网络的伺服控制成为可能。 1.3、主要设计任务参数 车床控制精度:0.01mm(即为脉冲当量);最大进给速度:V max=5m/min。最大加工直径为D =400mm,工作台及刀架重:110㎏;最大轴,向力=160㎏;导轨静摩擦系数=0.2; max 行程=1280mm;步进电机:110BF003;步距角:0.75°;电机转动惯量:J=1.8×10-2㎏.m2。

数控机床进给伺服系统的组成和分类

机床加工,大多是低速时进行切削,即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。 二、进给伺服系统的组成 如图所示为数控机床进给伺服系统的组成。从图中可以看出,它是一个双闭环系统,内环是速度环,外环是位置环。位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的位置信号,这个反馈是一个负反馈,即与指令信号的相位相反。指令信号是向位置环送去加数,而反馈信号向位置环送去减数。位置检测装置通常有光电编码器、旋转变压器、光栅尺、感应同步器或磁栅尺等。它们或者直接对位移进行检测,或者间接对位移 进行检测。 开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统,无位置反馈环节。如图所示,这种系统的伺服驱动装置主要是步进电动机、功率步进电动机、电液脉冲电动机等。由数控系统发出的指令脉冲,经驱动电路控制和功率放大后,使步进电动机转动,通过齿轮副 与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。 闭环伺服系统 闭环伺服系统原理图如图所示。系统所用的伺服驱动装置主要是直流或交流伺服电动机以及电液伺服阀—液压马达。与开环进给系统最主要的区别是:安装在执行部件上的位置检测装置,测量执行部件的实际位移量并转换成电脉冲,反馈到输入端并与输人位置指令信号进行比较,求得误差,依此构成闭环位置控制。由于采用了位置检测反馈装置,所以闭环伺服系统的位移精度主要取决于检测装置的精度。闭环伺服系统的定位精度一般可 达±0.01mm~±0.005 mm。

半闭环伺服系统 半闭环伺服系统如图所示。将检测元件安装在中间传动件上,间接测量执行部件位置的系统称为半闭环系统。闭坏系统可以消除机械传动机构的全部误差,而半闭环系统只能补偿系统环路内部分元件的误差,因此,半闭环系统的精度比闭环系统的精度要低一些, 但是它的结构与凋试都比较简单。 全数字伺服系统 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展,数控机床的伺服系统已经开始采用高速度、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化,应用数字PID算法,用PID程序来代替PID调节器的硬件,使用灵活,柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施,使控制精度和品质大大提高。位置、速度和电流构成的三环结构 如图所示。

文献综述-数控铣床进给传动系统

数控铣床的进给传动系统 摘要: 在国际贸易中,很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润主要电机出口产品。世界贸易强国在进行国内机电产品贸易的同时,把高技术的机电产品出口打入国际市场,作为发展出口经济的重要战略措施,数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控铣床是数控机床的主要品种之一,它在数控机床中占有非常重要的位置。 关键词:数控铣床发展趋势智能化柔性化 英文: In international trade,many centuries view digital lathesare as hi-techvalue-adds and profitable exports.Digital lathesare expensive mechanical and electrical products.The powerful trade nations export hi-texh mechanical snd electrical products to the world market whiledoing such business at home ,Which is now an important strategy of develop-ing their export economy Key words digital lathe ; development tendency; intelligence; tenderness 1.引言: 科学技术的发展以及世界先进制造技术的兴起和不断成熟,对数控加工技术提出了更高的要求;超高速切削、超精密加工等技术的应用,对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提出了更高的性能指标;FMS的迅速发展和CIMS的不断成熟,又将对数控机的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制等技术提出更高的要求。随着微电子和计算机技术的发展,数控系统的性能日益完盖,数控技术的应用颔域日益扩大。 数控铣床是在数控加工中心领域中最具代表性的一种典型机床,在数控机床中所占的比率最大,数控加工中心、柔性制造单元等都是数控铣床基础上派生或发展起来的。它具有功能性强、加工范围广、工艺较复杂等点,主要用于各种复习的平面、轮廓、曲面等零件的铣削加工,同时还可以进行钻、扩、镗、攻螺纹等加工,在航空航天、汽车制造、机械加工和模具制造业中应用非常广泛。 2.数控铣床的组成 数控铣床一般由数控系统、机床基础部件、主轴箱、进给伺服系统及辅助装置等几大部分组成。 (1)数控系统 数控系统是机床运动控制的中心,通常数控铣床都配有高性能、高精度、集

数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理(正式)

编订:__________________ 单位:__________________ 时间:__________________ 数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理(正式) Standardize The Management Mechanism To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑

文件编号:KG-AO-3914-67 数控机床进给伺服系统类故障诊断 与处理(正式) 使用备注:本文档可用在日常工作场景,通过对管理机制、管理原则、管理方法以及管理机构进行设置固定的规范,从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作,使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 数控机床在工作时常出现由于进给伺服系统原因造成的机床故障,此类故障出现的常见形式有爬行、抖动、伺服电动机不转、过载、工件尺寸无规律偏差等。针对这些典型故障,采用一定的机床维修技术,可以实现快速排除此类故障。 数控机床的进给伺服系统是以数控机床的各坐标为控制对象,以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统,又称位置随动系统、进给伺服机构或进给伺服单元。在数控机床中,进给伺服系统是数控装置和机床本体的联系环节,它接收数控系统发出的位移、速度指令,经变换、放大后,由电动机经机械传动机构驱动机床的工作台或溜板沿某一坐标轴运动,通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机

数控机床进给系统设计

第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示: 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同,它们对进给伺服系统的要求也不尽相同,但通常可概括为以下几方面:可逆运行;速度范围宽;具有足够的传动刚度和高的速度稳定性;快速响应并无超调;高精度;低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 (1)从最低速到最高速电机都能平稳运转,转矩波动要小,尤其在低速如0.1r /min或更低速时,仍有平稳的速度而无爬行现象。 (2)电机应具有大的较长时间的过载能力,以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 (3)为了满足快速响应的要求,电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩,并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力,才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 (4)电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展,数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID,使用灵活,柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施,使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。

数控车床横向进给系统设计

1、数控机床进给系统概述 1.1 伺服进给系统概述 数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号,由伺服驱动电路作转换和放大后,经伺服驱动装置(直流、交流伺服电动机,功率步进电机,电业脉冲马达等)和机械传动机构,驱动机床的工作台、主轴刀架等执行部件实现工作进给和快速移动。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质的差别,他能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置,以及几个执行部件按一定运动规律所合成的运动轨迹。 1.2 伺服进给系统分类 数控私服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类,有以下三种: (1)开环伺服系统 (2)半闭环伺服系统 (3)闭环伺服系统 1.3 伺服进给系统的基本要求 (1)精度要求 (2)响应速度 (3)调速范围 (4)低速、大转矩 2、运动设计 2.1传动方案拟定 数控机床按控制方式分为开环、闭环、半闭环,由于采用直流式交流伺服电机的闭环控制方案,结构复杂,技术难度大,调试和维修困难,造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度,能补偿机械传动系统中各种误差,消除间隙、干扰等对加工精度的影响,一般应用于要求高的数控设备中,由于数控车床加工精度不十分高,采用闭环系统的必要性不大。若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制,精度较闭环控制的查,但是稳定性好,成本较低,调试维修较容易;但是对于经济型数控机床来说必要性不大。故在本次设计中,采用开环控制步进电机驱动。 确定设计任务后,初步拟定三种传动方案即1电机直接与丝杠相连;2电机通过同步带的传动带动丝杠转动;3电机通过齿轮传动带动丝杠转动。 步进电机具有如下优点 :

数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理

数控机床进给伺服系统类故障诊断与处理 数控机床在工作时常出现由于进给伺服系统原因造成的机床故障,此类故障出现的常见形式有爬行、抖动、伺服电动机不转、过载、工件尺寸无规律偏差等。针对这些典型故障,采用一定的机床维修技术,可以实现快速排除此类故障。 数控机床的进给伺服系统是以数控机床的各坐标为控制对象,以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统,又称位置随动系统、进给伺服机构或进给伺服单元。在数控机床中,进给伺服系统是数控装置和机床本体的联系环节,它接收数控系统发出的位移、速度指令,经变换、放大后,由电动机经机械传动机构驱动机床的工作台或溜板沿某一坐标轴运动,通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动,从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。 伺服进给系统常见故障形式 1.1爬行

般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低及外 加负载过大等因素所致。尤其要注意的是,伺服和滚珠丝杠连接用的联轴器,由于连接松动或联轴器本身的缺陷,如裂纹、磨损、断裂等,造成滚珠丝杠转动或伺服电动机的转动不同步,从而使进给忽快忽慢,产生爬行现象。 1.2抖动 在进给时出现抖动现象,其可能原因有:1、接线端子接触不良,如紧固的螺钉松动;2、位置控制信号受到干扰,如屏蔽不好等;3、测速信号不稳定,如测速装置故障、测速反馈信号干扰等。如果窜动发生在正、反向运动的瞬间,则一般是由于进给传动链的反向间隙或者伺服系统增益过大引起。 1.3过载 当进给运动的负载过大、参数设定错误、频繁正、反向运动以及进给 传动链润滑状态不良时,均会引起过载的故障。此故障一般机床可以

自行诊断出来,并在CRT显示屏上显示过载、过热或过电流报警。同 时,在进给伺服模块上用指示灯或者数码管显示驱动单元过载、过电 流等报警信息。 1.4伺服电动机不转 当速度、位置控制信号未输出、或者使能信号(即伺服允许信号,一般为DC+24V继电器线圈电压)未接通以及进给驱动单元故障都会造成此故障。此时应查阅电气图纸,测量数控装置的指令输出端子的信号是否正常,通过CRT观察I/O状态,分析机床PLC梯形图,以确定进给轴的启动条件,观察如润滑、冷却等是否满足。如是进给驱动单元故障则用交换法,可判断出相应单元是否有故障。 进给伺服系统常见故障典型案例分析 案例1.故障现象:一台配套SIEMENS840系统的加工中心在自动加工过程中,Y轴有抖动现象,加工零件表面不光滑。 故障诊断与处理:为了判定故障原因,将机床操作方式置于手动方式,用手摇脉冲发生器控制Y轴进给,在JOG方式下,来回移动丫轴,发现丫

数控机床进给传动系统

数控机床进给模块之机械部件装配一.进给传动系统图 纵向和横向进给传动系统图 二.系统图的主要构造和功用 电动机: 1. 步进电动机 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的驱动元件。步进电动机

是一种特殊的电动机,一般电动机通电后都是连续转动的,而步进电动机则有定位与运转两种状态。当有一个电脉冲输入时,步进电动机就回转一个固定的角度,这角度称为步距角,一个步距角就是一步,所以这种电动机称为步进电动机。又由于它输入的是脉冲电流,也称作脉冲电动机。当电脉冲连续不断地输入,步进电动机便跟随脉冲一步一步地转动,步进电动机的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例,在时间上与输入脉冲同步。因此,只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组的通电顺序,便可获得所需转角、转速和方向。在无脉冲输入时,步进电动机的转子保持原有位置,处于定位状态。步进电动机的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角能够控制,而且有一定的精度,常用作开环进给伺服系统的驱动元件。与闭坏系统相比,它没有位置速度反馈回路,控制系统简单,成本大大降低,与机床配接容易,使用方便,因而在对精度、速度要求不十分高的中小型数控机床上得到了广泛地应用。 2. 直流伺服电动机 由于数控机床对进给伺服驱动装置的要求较高,而直流电动机具有良好的调速特性,因此在半闭坏、闭坏伺服控制系统中,得到较广泛地使用。直流进给伺服电动机就其工作原理来说,虽然与普通直流电动机相同。然而,由于机械加工的特殊要求,一般的直流电动机是不能满足需要的。首先,一般直流电动机转子的转动惯量过大,而其输出转矩则相对较小。这样,它的动态特性就比较差,尤其在低速运转条件下,这个缺点就更突出。在进给伺服机构中使用的是经过改进结构,提高其特性的大功率直流伺服电动机,主要有以下两种类型:(1)小惯量直流电动机。主要结构特点是其转子的转动惯量尽可能小,因此在结构上与普通电动机的最大不同是转子做成细长形且光滑无槽。以此表现为转子的转动惯量小,仅为普通直流电动机的1/10左右。因此,响应特别快,机电时间常数可以小于10 ms,与普通直流电动机相比,转矩与惯量之比要大出40~50倍。且调速范围大,运转平稳,适用于频繁起动与制动,要求有快速响应(如数控钻床、冲床等点定位)的场合。但由于其过载能力低,并且电动机的自身惯量比机床相应运动部件的惯量小,因此应用时都要经过一对中间齿轮副,才能与丝杠相连接,在某些场合也限制了它广泛地使用。 (2)大惯量直流电动机。又称宽调速直流电动机,是在小惯量电动机的基础上发展起来的。在结构上和常规的直流电动机相似,其工作原理相同。当电枢线圈通过直流电流时,就会在定子磁场的作用下,产生带动负载旋转的电转矩。小惯量电动机是从减小电动机转动转量来提高电动机的快速性,而大惯量电动机则是在维持一般直流电动机转动惯量的前提下,尽量提高转矩的方法来改善其动态特性。它既具有一般直流电动机便于调速、机械特性较好的优点,又具有小惯量直流电动机的快速响应性能。因此,可归纳为以下特点: 1)转子惯量大。这种电动机的转子具有较大的惯量,容易与机床匹配。可以和机床的进给丝杠直接连接,省掉了减速机构,故可使机床结构简单,即避免了齿轮等传动机构产生的噪声和振动,又提高了加工精度。 2)低速性能好。这种电动机低速时输出转矩大,能满足数控机床经常在低速进给时进给量大、转矩输出大的特点,如能在1 r/min甚至0.1 r/min下平稳运转。 3)过载能力强、动态响应好。由于大惯量直流电动机的转子有槽,热容量大,同时采用了冷却措施后,提高了散热能力。因此可以过载运行30分钟。另外,电动机的定子采用矫顽力很高的铁氧体永磁材料,可使电动机过载10倍而不会去磁,这就显著地提高了电动机的瞬间加速力矩,改善了动态响应,加减速特性好。 4)调速范围宽。这种电动机机械特性和调速特性的线性度好,所以调速范围宽而运转平稳。一般调速范围可达1∶10000以上。

数控机床进给系统范文

数控机创进给系统 数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作。 伺服进给系统的作用是根据数控系统传来的指令信息,进行放大以后控制执行部件的运动,不仅控制进给运动的速度,同时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置和轨迹。因此,数控机床进给系统,尤其是轮廓控制系统,必须对进给运动的位置和运动的速度两方面同时实现自动控制。 数控机床进给系统的设计要求除了具有较高的定位精度之外,还应具有良好的动态响应特性,系统跟踪指令信号的响应要快,稳定性要好。 一个典型的数控机床闭环控制的进给系统组成:位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部分。 机械传动装置:是指将驱动源旋运动变为工作台直线运动的整个机械传动链,包括减速装置、丝杠螺母副等中间传动机构。 第一节概述 一、数控机床对进给传动系统的要求 1.减少摩擦阻力:在数控机床进给系统中,普遍采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副,滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。 2.减少运动惯量 3.高的传动精度与定位精度设计中,通过在进给传动链中加入减速齿轮,以减小脉冲当量(即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离),预紧传动滚珠丝杠,消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法,可达到提高传动精度和定位精度的目的。 4.宽的进给调速范围:伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下,应具有很宽的调速范围,以适应各工件材料、尺寸和刀具等变化的需要,工作进给速度范围可达3~6000mm/min(调速范围1:2000)。 5.响应速度要快:所谓快响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度,即跟踪指令信号的响应要快;定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求;工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令,进行单步或连续移动,在运行时不出现丢步或多步现象 6.无间隙传动:进给系统的传动间隙一般指反向间隙,即反向死区误差,它存在于整个传动链的各传动副中,直接影响数控机床的加工精度。因此,应尽量消除传动间隙,减小反向死区误差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。 7.稳定性好、寿命长:稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件,特别是在低速进给情况下不产生爬行,并能适应外加负载的变化而不发生共振。所谓进给系统的寿命,主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短,即各传动部件保持其原来制造精度的能力。 8.使用维护方便 二、联轴器 联轴器是用来连接进给机构的两根轴使之一起回转,以传递转矩和运动的一种装置。机器运转时,被连接的两轴不能分离,只有停车后,将联轴器拆开,两轴才能脱开。 联轴器的类型:有液压式、电磁式和机械式;而机械式联轴器是应用最广泛的一种,它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递转矩,

数控机床进给系统设计示例

数控机床系统总体设计方案的确定和设计内容 注:下面内容中所指:横向即为X轴方向,纵向即为Y轴方向 最大加工直径为400和500mm的设计方案确定计算内容和公式与320mm的一样,把各自的参数代入即可。 总体方案设计的内容 接到一个数控装置的设计任务以后,必须首先拟订总体方案,绘制系统总体框图,才能决定各种设计参数和结构,然后再分别对机械部分和电气部分进行设计计算。 机床数控系统总体方案的拟订包括以下内容:系统运动方式的确定,伺服系统的的选择,执行机构的结构及传动方式的确定,计算系统的选择等内容。 一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案,进行综合分析,比较和论证,最后确定一个可行的总体方案。 2.2 总体方案设计 2.2.1 设计任务 用微机数控技术改造最大加工直径为320毫米普通车床的进给系统 主要技术参数: 最大加工直径(mm):在床身上:320 在床鞍上:175 最大加工长度(mm): 750 溜板及刀架重量(N):纵向:800 横向:400 刀架快移速度(m/min):纵向:2 横向:1 最大进给速度(m/min):纵向:0.8 横向:0.4 最小分辨率(mm) : 纵向:0.01 横向:0.005 定位精度(mm) : 0.02 主电机功率(KW):3 起动加速时间(ms):25 2.2.2 总体方案确定 (1)系统的运动方式与伺服系统的选择

由于改造后的经济型数控车床应具有定位,直线插补,顺。逆圆,暂停,循环加工,公英制罗纹加工等功能,故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高,为了简化结构,降低成本,采用步进电机开环控制系统。 (2)数控系统 根据机床要求,采用8位微机。由于MCS-51系列单片机具有集成度高,可靠性好,功能强,速度快,抗干扰性强,具有很高的性能价格比等特点,决定采用MCS-51系列的80C51单片机扩展系统。 控制系统由微机部分,键盘及显示器,I/O接口,步进电机驱动器等组成,系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现,显示器采用液晶显示模块显示加工数据及机床状态等信息。 (3)机械传动方式 为实现机床所要求的分辨率,采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠,为保证一定的传动精度和平稳性,尽量减少摩擦力,选用滚珠丝杠螺母副。同时,为提高刚度和消除间隙。采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要消除齿侧间隙的结构。 综上所述,系统总体方案框图见下图。

数控机床进给传动系统

数控机床进给传动系统 一.进给传动体系图 纵向和横向进给传动体系图 二.体系图的重要构造和功用 电念头: 1. 步进电念头 步进电念头是一种将电脉冲旌旗灯号转换成机械角位移的驱动元件。步进电

念头是一种特别的电念头,一般电念头通电后都是持续迁移转变的,而步进电念头则有定位与运转两种状况。当有一个电脉冲输入时,步进电念头就反转展转一个固定的角度,这角度称为步距角,一个步距角就是一步,所以这种电念头称为步进电念头。又因为它输入的是脉冲电流,也称作脉冲电念头。当电脉冲持续赓续地输入,步进电念头便跟随脉冲一步一步地迁移转变,步进电念头的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例,在时光上与输入脉冲同步。是以,只需控制输入脉冲的数量、频率及电念头绕组的通电次序,便可获得所需转角、转速和偏向。在无脉冲输入时,步进电念头的转子保持原有地位,处于定位状况。步进电念头的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角可以或许控制,并且有必定的精度,常用作开环进给伺服体系的驱动元件。与闭坏体系比拟,它没有地位速度反馈回路,控制体系简单,成本大年夜大年夜降低,与机床配接轻易,应用便利,因而在对精度、速度请求不十分高的中小型数控机床上获得了广泛地应用。 2. 直流伺服电念头 因为数控机床对进给伺服驱动装配的请求较高,而直流电念头具有优胜的调速特点,是以在半闭坏、闭坏伺服控制体系中,获得较广泛地应用。直流进给伺服电念头就其工作道理来说,固然与通俗直流电念头雷同。然而,因为机械加工的特别请求,一般的直流电念头是不克不及知足须要的。起首,一般直流电念头转子的迁移转变惯量过大年夜,而其输出转矩则相对较小。如许,它的动态特点就比较差,尤其在低速运转前提下,这个缺点就更凸起。在进给伺服机构中应用的是经由改进构造,进步其特点的大年夜功率直流伺服电念头,重要有以下两种类型: (1)小惯量直流电念头。重要构造特点是其转子的迁移转变惯量尽可能小,是以在构造上与通俗电念头的最大年夜不合是转子做成细长形且滑腻无槽。以此表示为转子的迁移转变惯量小,仅为通俗直流电念头的1/10阁下。是以,响应特别快,机电时光常数可以小于10 ms,与通俗直流电念头比拟,转矩与惯量之比要大年夜出40~50倍。且调速范围大年夜,运转安稳,实用于频繁起动与制动,请求有快速响应(如数控钻床、冲床等点定位)的场合。但因为其过载才能低,并且电念头的自身惯量比机床响应活动部件的惯量小,是以应用时都要经由一对中心齿轮副,才能与丝杠相连接,在某些场合也限制了它广泛地应用。 (2)大年夜惯量直流电念头。又称宽调速直流电念头,是在小惯量电念头的基本上成长起来的。在构造上和惯例的直流电念头类似,其工作道理雷同。当电枢线圈经由过程直流电流时,就会在定子磁场的感化下,产生带动负载扭转的电转矩。小惯量电念头是从减小电念头迁移转变转量来进步电念头的快速性,而大年夜惯量电念头则是在保持一般直流电念头迁移转变惯量的前提下,尽量进步转矩的办法来改良其动态特点。它既具有一般直流电念头便于调速、机械特点较好的长处,又具有小惯量直流电念头的快速响应机能。是以,可归纳为以下特点: 1)转子惯量大年夜。这种电念头的转子具有较大年夜的惯量,轻易与机床匹配。可以和机床的进给丝杠直接连接,省掉落了减速机构,故可使机床构造简单,即避免了齿轮等传念头构产生的噪声和振动,又进步了加工精度。 2)低速机能好。这种电念头低速时输出转矩大年夜,能知够数控机床经常在低速进给时进给量大年夜、转矩输出大年夜的特点,如能在1 r/min甚至0.1 r/min下安稳运转。 3)过载才能强、动态响应好。因为大年夜惯量直流电念头的转子有槽,热容量大年夜,同时采取了冷却办法后,进步了散热才能。是以可以过载运行30分钟。别的,电念头的定子采取矫顽力很高的铁氧体永磁材料,可使电念头过载10倍而不会去磁,这就明显地进步了电念头的刹时加快力矩,改良了动态响应,加减速特点好。 4)调速范围宽。这种电念头机械特点和调速特点的线性度好,所以调速范

数控机床的伺服驱动系统

第五章数控机床的伺服驱动系统 §5—1 概述 数控机床伺服驱动系统是指以机床移动部件(如工作台、动力头等,本书仅以工作台为例)的位置和速度作为控制量的自动控制系统,又称拖动系统。在数控机床上,伺服驱动系统接收来自插补装置或插补软件生成的进给脉冲指令,经过一定的信号变换及电压、功率放大,将其转化为机床工作台相对于切削刀具的运动。目前,这主要通过对交、直流伺服电机或步进电机等进给驱动元件的控制来实现。 数控机床的伺服驱动系统作为一种实现切削刀具与工件间运动的进给驱动和执行机构,是数控机床的一个重要组成部分,它在很大程度上决定了数控机床的性能,如数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等一系列重要指标取决于伺服驱动系统性能的优劣。因此,随着数控机床的发展,研究和开发高性能的伺服驱动系统,一直是现代数控机床研究的关键技术之一。 一、伺服驱动系统的性能 对数控机床伺服驱动系统的主要性能要求有下列几点: mm, (1) 进给速度范围要大。不仅要满足低速切削进给的要求,如5min 还要能满足高速进给的要求,如10000mm min。 (2) 位移精度要高。伺服系统的位移精度是指指令脉冲要求机床工作台进给的位移量和该指令脉冲经伺服系统转化为工作台实际位移量之间的符合程度。两者误差愈小,伺服系统的位移精度愈高。目前,高精度的数控机床伺服系统位移精度可 ±m。通常,插补器或计算机的插补软件每发出一个进给脉达到在全程范围内5μ

冲指令,伺服系统将其转化为一个相应的机床工作台位移量,我们称此位移量为机床的脉冲当量。一般机床的脉冲当量为0.01~0.005 mm脉冲,高精度的CNC 机床其脉冲当量可达0.001 mm脉冲。脉冲当量越小,机床的位移精度越高。 (3) 跟随误差要小。即伺服系统的速度响应要快。 (4) 伺服系统的工作稳定性要好。要具有较强的抗干扰能力,保证进给速度均匀、平稳,从而使得能够加工出粗糙度低的零件。 二、数控机床伺服驱动系统的基本组成 数控机床伺服驱动系统的基本组成如图5-1所示。数控机床的伺服驱动系统按有无反馈检测单元分为开环和闭环两种类型(见数控机床伺服驱动系统分类),这两种类型的伺服驱动系统的基本组成不完全相同。但不管是哪种类型,执行元件及其驱动控制单元都必不可少。驱动控制单元的作用是将进给指令转化为驱动执行元件所需要的信号形式,执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。 图5-1 数控机床伺服驱动系统的基本组成 开环伺服驱动系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成。通常,执行元件选用步进电机。执行元件对系统的特性具有重要影响。 闭环伺服驱动系统由执行元件、驱动控制单元、机床,以及反馈检测单元、比较控制环节组成。反馈检测单元将工作台的实际位置检测后反馈给比较控制环节,比较控制环节将指令信号和反馈信号进行比较,以两者的差值作为伺服系统的跟随误差经驱动控制单元,驱动和控制执行元件带动工作台运动。

数控机床进给系统设计

数控机床进给系统设 计 Revised on November 25, 2020

第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示: 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同,它们对进给伺服系统的要求也不尽相同,但通常可概括为以下几方面:可逆运行;速度范围宽;具有足够的传动刚度和高的速度稳定性;快速响应并无超调;高精度;低速大转矩。 、伺服系统对伺服电机的要求 (1)从最低速到最高速电机都能平稳运转,转矩波动要小,尤其在低速如 /min或更低速时,仍有平稳的速度而无爬行现象。 (2)电机应具有大的较长时间的过载能力,以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 (3)为了满足快速响应的要求,电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩,并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力,才能保证电机可在以内从静止启动到额定转速。 (4)电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展,数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID,使用灵活,柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施,使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同,闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内,后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上,机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低,但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在,故开环系统的精度和快速性较差。全闭环系统控制精度高、快速性能好,但由于机械传动部件在控制环内,所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数,而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、

数控机床横向伺服进给系统的设计

数控机床横向进给伺服系统的设计目录 第一章绪论 1.1 毕业设计的目的 1.2 毕业设计的内容 1.2.1 数控横向进给系统总体设计方案的拟定 1.2.2 进给伺服系统机械部分设计计算 1.2.3 数控机床(直流、交流)伺服控制方案分析与计算 第二章数控进给系统总体设计方案的拟定 2.1 毕业设计任务书 2.2 总体方案的确定 2.2.1 概述 2.2.2 数控横向进给系统总体设计方案的拟定 第三章机床进给(直流、交流)伺服系统机械部分设计计算 3.1 系统切削力的确定 3.2 切削力的计算 3.3滚珠丝杠螺母副的设计、计算、和选型 3.4进给伺服系统传动计算 3.5 伺服电机的计算和选型 第四章数控机床(直流、交流)伺服控制方案分析与计算 4.1 数控机床进给(直流、交流)伺服系统组成 4.2数控机床进给(直流、交流)伺服驱动器的选型 4.3 数控机床进给(直流、交流)伺服驱动器主电路及辅助电路设计与选型第五章毕业设计体会 第六章毕业设计感言 附录 参考文献

第一章绪论 1.1毕业设计的目的 设计的目的是培养综合运用基础知识和专业知识,解决工程实际问题的能力,提高综合素质和创新能力,受到本专业工程技术和科学研究工作的基本训练,使工程绘图、数据处理、外文文献阅读、程序编制、使用手册等基本技能得到训练和提高,培养正确的设计思想、严肃认真的科学态度,加强团队合作精神。 1.2 毕业设计的内容 1.2.1数控横向进给系统总体设计方案的拟定 1.系统运动方式的确定。 2. 伺服系统的选择。 3.执行机构传动方式的确定。 4. 计算机的选择。 1.2.2进给伺服系统机械部分设计计算 1.进给伺服系统机械部分设计方案的确定。 2. 确定脉冲当量。 3. 滚珠丝杠螺母副的选型。 4. 滚动导轨的选型。 5. 进给伺服系统传动计算。 6. 步进电机的计算和选用。 7.设计绘制进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图。 8. 设计绘制进给伺服系统的一张或两张零件图。 1.2.3 数控机床(直流、交流)伺服控制方案分析与计算 1. 数控机床进给(直流、交流)伺服系统组成。 2. 数控机床进给(直流、交流)伺服驱动器的选型 3. 数控机床进给(直流、交流)伺服驱动器主电路及辅助电路设计与选型。 第二章数控横向进给系统总体设计方案的拟定 2.1 毕业设计任务书 1.题目: 《数控机床横向伺服进给系统的设计》 2.设计任务: (1)根据机床总体布局,分析应采用的机电一体化设计方案,确定横向进给系统的伺服控制方案; (2)进行机械伺服机构的设计计算,绘制机械传动图及相关装配图(1—2张); (3)进行数控机床伺服驱动器的主电路及辅助电路设备的设计与选型; (4)绘制控制系统原理框图; (5)攥写设计说明书一分(8000字以上)

数控机床伺服系统

第6章 数控机床伺服系统 进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说CNC 装置是数控系统的“大脑”,是发布“命 令”的“指挥所”,那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”,是一种“执行机构”。它忠实地 执行由CNC 装置发来的运动命令,精确控制执行部件的运动方向,进给速度与位移量。 第一节 概述 . 进给伺服系统的定义及组成 . 定义:进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动 控制系统。 一、进给伺服系统的定义及组成 组成: 进给伺服系统主要由以下几个部分组成:位置控制单元;速度控制单元;驱动元 件(电机);检测与反馈单元;机械执行部件。 3、进给伺服驱动系统由进给伺服系统中的 驱动电机及其控制和驱动装置组成。 4、驱动电机是进给系统的动力部件,它提供执行部分运动所需的动力,在数控机床上常用 的电机有: 步进电机 直流伺服电机 交流伺服电机 直线电机。 5 、速度单元是上述驱动电机及其控制和驱动装置,通常驱动电机与速度控制单元是相 互配套供应的,其性能参数都是进行了相互匹配,这样才能获得高性能的系统指标。 6、速度控制单元主要作用:接受来自位置控制单元的速度指令信号,对其进行适当的调节 运算(目的是稳速),将其变换成电机转速的控制量(频率,电压等),再经功率放大部件将其 变换成电机的驱动电量,使驱动电机按要求运行。简言之:调节、变换、功放。 7、进给驱动系统的特点(与主运动(主轴)系统比较): ? 功率相对较小; ? 控制精度要求高; ? 控制性能要求高,尤其是动态性能。 二、NC 机床对数控进给伺服系统的要求 1.调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内) 调速范围: 一般要求: 稳定性:指输出速度的波动要少,尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。 调速范围: 一般要求: 2.稳定性:指输出速度的波动要少,尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。 输出位置精度要高 静态:定位精度和重复定位精度要高,即定位误差和重复定位误差要小。(尺寸精度) 动态:跟随精度,这是动态性能指标,用跟随误差表示。 (轮廓精度) 灵敏度要高,有足够高的分辩率。 3.负载特性要硬 在系统负载范围内,当负载变化时,输出速度应基本不变。即△F 尽可能小;当负载突变 时,要求速度的恢复时间短且无振荡。即△t 尽可能短; 应有足够的过载能力,以满足低速大转矩的要求。(高速恒功率,低速恒转矩) 这是要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。 4. 响应速度快且无超调 这是对伺服系统动态性能的要求,即在无超调的前提下,执行部件的运动速度的建立时间 tp 应尽可能短。 通常要求从 0→Fmax (Fmax →0),其时间应小于200ms ,且不能有超调, min max F F R N =min 1min 1.010000min mm F mm R N <≤>且

数控机床进给系统设计645286135

摘要 本设计是把普通数控车床改造成经济型数控车床。经济型数控车床就是指价格低廉、操作使用方便、比较适合我国国情的,动化的机床。采用数控机床,可以降低工人的劳动强度,节省劳动力(一个人可以看管多台机床),减少工装,缩短新产品试制周期和生产周期,可对市场需求作出快速反应。在设计的时候具体进行了详细的各部件的选型和计算。比如:导轨的设计选型、滚珠丝杠螺母副的选型与计算。还进行了进给传动系统的刚度计算、进给传动系统的误差分析、驱动电机的选型计算、驱动电机与滚珠丝杠的联接、驱动电机与进给传动系统的动态特性分析等。 【关键词】车床、数控、传动系统

Abstract This project is to alter the common lathe into the economical lathe. The economical lathe is a advanced and roboticized lathe that has low price, convenient operation, and adapt to the situation of our country and has installed cnc system. During the project we particularly dealt with the choice and calculation of every assembly. Such as:The choice and calculation of guideway, ballscrew nut pair and drive electromotor. Caculate the inflexibility of feed transmission system. Analyse the error of feed transmission system. Junction between drive electromotor and ballscrew. Dynamic analysis of drive electromotor and feed transmission system . 【Key words】Lathe;CNC;Transmission System

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