数控车床半闭环控制

数控车床半闭环控制题目:X-Y数控工作台机电体系设计学生姓名胡月专业机械设计制造及其主动化学号70100747班级2006级2班指导教师张师长教师王师长教师安徽工业大年夜学马钢技师学院2010年10月摘要数控机床的伺服体系平日是指各坐标轴的进给伺服体系。

它是数控体系和机床机械传动部件间的连接环节，它把数控体系插补运算生成的地位指令，精确地变换为机床移动部件的位移，直接反应了机床坐标轴跟踪活动指令和实际定位的机能。

伺服体系的高机能在很大年夜程度上决定了数控机床的高效力、高精度，是数控机床的重要构成部分。

为了能获得更高控制精度我们可以根据伺服体系的构成进行选择，从而达到幻想的后果。

关键词：车床，数控，伺服体系，半闭环引言 (4)设计义务 (4)第一章伺服体系的概述 (5)第二章半闭环控制体系设计 (5)2.1系兼顾划设计 (5)2.1．1 控制筹划切实其实定 (6)2.1.2伺服驱动元件筹划的选择 (6)2.1.3检测反馈元件的选择 (6)2.1.4机械体系与控制系兼顾划切实其实定 (6)2.2 具体筹划的设计计算和选择 (6)2.2.1主切削力及其切削分力计算 (6)2.2.2导轨摩擦力的计算 (7)2.2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (7)2.2.4肯定进给传动链的传动比i和传动级数 (7)2.2.5滚珠丝杠的动载荷计算、直径估算和设计 (8)2.2.6滚珠丝杠螺母副承载才能校核和设计 (9)2.2.7计算机械传动的刚度 (11)2.2.8电念头的选型与计算 (12)2.2.9增量式扭转编码器的选用 (15)2.3 机械传动体系 (15)2.3.1机械传动体系的动态分析 (15)2.3.2机械传动体系的误差计算与分析 (16)2.4 进给体系的设计 (16)2.4.1齿轮箱的设计 (16)2.4.2床身及导轨 (17)2.4.3中心轴的设计 (19)第三章数控体系硬件电路设计 (20)第四章体系控制软件的设计 (22)4.1．控制软件的重要内容 (22)4.2软件设计 (22)4.2.1.体系控制功能分析 (22)4.2.2.体系治理法度榜样控制 (23)4.2.3主动加工法度榜样设计 (24)总结与领会 (24)致谢 (25)参考材料 (25)数控车床半闭环控制体系设计姓名 胡月单位 马钢技师学院一.引言现代科学技巧的赓续成长，极大年夜地推动了不合学科的交叉与渗入渗出，导致了工程范畴的技巧革命与改革。

在机械工程范畴，因为微电子技巧和计算机技巧的敏捷成长及其向机械工业的渗入渗出所形成的机电一体化，使机械工业的技巧构造、产品机构、功能与构成、临盆方法及治理体系产生了巨大年夜变更，使工业临盆由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特点的成长阶段。

跟着科学技巧的成长，市场需求的产品日益逐渐复杂周详，精度请求也越来越高、更新换代的周期也变的越来越短，从而促进类暗袋制造业的成长，尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业，个中通俗机床进行加工（精度低、效力低、劳动度大年夜）已无法知足大年夜临盆量请求，于是一种新型的用数字法度榜样控制的机床应运而生，这种机床应用了计算机技巧、主动控制、周详测量和机械设计等新技巧的机械一体化典范产品即数控机床。

二、设计义务设计参数如下：横向：1. 工作台重量：W=300N ；2. 最大年夜进给速度：max V =1000mm/min ；3. 行程：S=200mm ；4. 脉冲当量：p δ=0.004mm/P ；纵向：1. 工作台重量：W=800N ；2. 行程：S=650mm ；3. 脉冲当量：p δ=0.006mm/P ；4. 最大年夜进给速度：max V =2000mm/min ；总体：x 、y 偏向定位精度都为01.0±mm ；滚珠丝杠的根本导程06L mm =；第一章 伺服体系的概述数控伺服体系是指一机床活动部件的地位和速度作为控制量的主动控制体系，又称为随动体系。

数控伺服体系的感化在于接收来自数控装配的进给脉冲旌旗灯号，经由必定的旌旗灯号变换及电压、功率放大年夜，驱念头床活动部件实现活动，并包管动作的快速性和精确性。

作为数控装配和机床的接洽环节它是数控机床的重要构成部分，研究和开辟高机能伺服体系是现代数控机床的关键技巧之一。

机电一体化伺服体系请求具有精度高、响应速度快、稳定性好、负载才能强和工作频率范围大年夜挂号处请求，同时还请求体积小、重量轻、靠得住性高和成本低等请求。

第二章半闭环控制体系设计数控机床又分很多种类，个中按控制方法分类就包含开环控制体系、半闭环控制体系和闭环控制体系三种。

1.开环控制(Open -loop control system )指调节体系不接收反馈的控制，只控制输出,不计后果的控制。

又称为无反馈控制体系，在数控机床中由步进电念头和步进电念头驱动线路构成。

数控装配根据输入指令，经由运算发出脉冲指令给步进电念头驱动线路，从而驱动工作台移动必定距离，这种伺服体系比较简单，工作稳定，轻易控制应用，但精度和速度的进步受到限制。

所以一般仅用于可以不推敲外界影响，或惯性小，或精度请求不高的一些经济型数控机床。

2.闭环控制（closed-loop control system）则是由旌旗灯号正向通路和反馈通路构成闭合回路的主动控制体系，又称反馈控制体系。

在数控机床中由伺服电念头、比较线路、伺服放大年夜线路、速度检测器和安装在工作台上的地位检测器构成。

这种体系对工作台实际位移量进行主动检测并与指令值进行比较，用差值进行控制。

这种体系定位精度高，但体系复杂，调试和维修艰苦，价格较贵，重要用于高精度和大年夜型数控机床。

3.半闭环伺服体系的工作道理和闭环伺服体系类似，只是地位检测器不是安装在工作台上，而是安装在伺服电念头的轴上。

这种伺服体系所能达以的精度、速度和动太特点优于开环伺服体系，其复杂性和成本低于闭环伺体系，重要用于大年夜多半中小型数控机床，且能知足市场请求所以，今朝应用最为广泛。

如图所示：半闭环控制体系示意图2.1系兼顾划设计2.1．1 控制筹划切实其实定闭环或半闭环控制筹划的选择重要取决于机床精度请求。

当体系精度请求很高时，应采取闭环控制筹划。

因为它可以将全部机械传动及履行机构都封闭在反馈控制环内，其误差可以经由过程控制体系获得补偿，因而可达到很高的精度。

然则当精度请求没那么大年夜的时刻我们同样可以采取半闭环控制体系，固然他只能补偿部分误差然则因为其对传感器请求较低，构造简单，调试便利等长处获得广泛的应用。

2.1.2伺服驱动元件筹划的选择半闭环控制体系中一般采取直流伺服电念头、交换伺服电念头或液压伺服马达作为驱动元件。

在负载较大年夜的大年夜型伺服体系中常采取液压伺服马达，而在中小型伺服体系中，则多半采取直流或交换伺服电念头。

因为直流电念头具有优良的静、动态特点，并且易于控制，因而在20世纪90年代以前，一向是闭环体系中履行元件的主流。

然则因为其内部有机械换向装配，存在电刷磨损问题，运行时电机的换向器也会出现运行火花，限制了直流电念头的转速与输出功率的进步，所以须要较多保护。

因而，跟着微处理器技巧和电力电子半导体技巧的成长，交换伺服体系的机能有了很大年夜进步，它不存在电刷磨损问题，维修也便利，是以跟着价格的逐年降低它在数控机床中的应用也越来越广泛。

不过根据设计义务，因为脉冲当量和定位精度并不是很高，空载最快移动速度也不算高，所以可以选用混淆式步进电念头。

以降低成本，进步性价比。

2.1.3检测反馈元件的选择常用的地位检测传感器有扭改变压器、感应同步器、光电脉冲编码器、光栅尺等。

如被测量为直线位移，则应选尺状的直线位移传感器，如光栅尺、磁尺、直线感应同步器等。

如被测为角位移，则应拔取圆形的角位移传感器，如光电脉冲编码器、圆感应同步器、扭改变压器、码盘等。

一般来说半闭环控制的伺服体系重要采取角位移传感器。

传感器的精度与价格密切相干，应知足请求的前提下，尽量选用精度低的传感器，以降低成本。

今朝在半闭环伺服体系中，也常采取广电脉冲传感器，既测量电念头的角位移，又经由过程计时而获得速度。

2.1.4机械体系与控制系兼顾划切实其实定半闭环控制体系的机械传动与履行在机构情势上与开环伺服体系基本相同。

控制系兼顾划切实其实定重要包含履行元件控制方法切实其实定和体系伺服控制方法切实其实定。

比如直流伺服电念头应肯定是采取晶体管脉宽调制照样采取晶闸管放大年夜器驱动控制：对于家刘伺服电念头，应肯定采取矢量控制，照样采取幅值、相位或幅相控制。

伺服体系的控制方法有模仿控制和数字控制，每种方法又有多种不合的控制算法。

别的还应肯定是采取软件伺服控制，照样采取硬件伺服控制，以便择响应的计算机。

2.2 具体筹划的设计计算和选择2.2.1主切削力及其切削分力计算已知机床主电念头的额定功率m P 为7.5kw ，最大年夜工件直径D=400mm ，主轴计算转速n=85r/m 。

在此转速下，主轴具有最大年夜扭矩和功率，道具的切削速度为33.144001085 1.78/6060Dnv m s π-⨯⨯⨯====1780mm/s 取机床的机械效力0.8η=，则有 3103370.79mz P F N N v η=⨯=走刀偏向的切削分力x F 和垂直走刀偏向的切削分力y F 为0.250.253370.79842.7x z F F N N ==⨯=0.40.43370.791348.32y z F F N N ==⨯=2.2.2导轨摩擦力的计算导轨受到垂向切削分力3370.79v z F F N ==，纵向切削分力c y F F ==1348.32N ，移动部件的全部质量（包含机床夹具和工件的质量）m=30.61kg(所受重力W=300N)，查表得镶条紧固力2000g f N =，取导轨动摩擦系数0.15μ=，则()g v c F W f F F μμ=+++0.15(30020003370.791348.32)=⨯+++1052.87N =计算在不切削状况下的导轨摩擦力0F μ和0F0()0.15(3002000)345g F W f N μμ=+=⨯+=00()0.2(3002000)460g F W f N μ=+=⨯+=2.2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力计算最大年夜轴向负载力max a Fmax (1348.321052.87)2401.19a y F F F N N μ=+=+=计算最小轴向负载力min a Fmin 0345a F F N μ==2.2.4肯定进给传动链的传动比i 和传动级数取步进电念头的步距角 1.5α=︒，滚珠丝杠的根本导程06L mm =，进给传动链的脉冲当量0.004/p mm P δ=，则有0 1.56 6.253603600.004p L i αδ⨯===⨯ 按最小惯量前提，查得应当采取2级传动，传动比可以分别取13i =、2 2.1i =。