數控車床的步進伺服系統的設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 在規范比如說通信較規范配置規較范、數控系統功能庫還有它們的數控系統用到的功能軟件開發等成為目前研究的核心內容。使用功能模塊部件組成的數控車床；采用工藝策劃加工數據庫向用戶開放等。數控系統開放化已經成為數控系統的將來的發展方向[3]。2 數控車床進給伺服系統的結構和工作原理及基本要求 數控車床的步進伺服系統的結構和工作原理步進伺服進給伺服系統它是以移動物件的位置變化還有它的速度的變化作為控制量的自動控制系統。它主要是由包括電動機還有控制以及驅動裝置在內的等物件組成的。步進伺服電動機是進給系統的動力物件，它是提供執行部件運動所需要的動力，伺服電機有步進電動機和直流伺服電動機和交流伺服電動機以及和直線電動機等幾種[4]。步進伺服進給伺服系統主要是由這些個部分組成：位置控制單元還有速度控制單元還有驅動單元還有檢測與反饋單元和機械執行部件。如圖21所示。進伺服系統的主要作用就是要接收數控系統發出的進給速度還有發出的位移指令信號并且由伺服驅動電路作轉換并且放大然，后經過伺服驅動裝置比如直流、交流、功率步進電動機或者是電液脈沖馬達還有機械傳動機構驅動機床的工作臺、主軸等執行部件來實現工作的進給還有它的快速移動。驅動原件的主要作用是將進給指令轉變為驅動執行原件所需要的那種信號樣式，機械執行原件就會將該信號變成為相應的機械移動位移。檢測與反饋單元就會將工作臺的實際的位置檢測以后反饋給比較控制環節，這樣比較控制環節就會將指令信號還有反饋信號進行對比，取兩者的差值當作伺服系統的跟隨誤差經驅動控制單元，驅動控制執行原件帶動工作臺的移動。如圖21中的實線部分為開環進給伺服系統的基本的結構。圖21 伺服系統結構圖 數控車床的步進伺服系統的基本要求具有數字調節系統的進給驅動系統都統一稱為伺服系統。所有的進給伺服驅動系統都是伺服系統。進給伺服驅動系統不僅僅是數控機床的一個很重要的組成部分，同時也是它區別于一般普通機床的一個重要特殊的部分。數控機床對進給伺服系統的性能指標可總結為：它具有定位精度高和跟蹤指令信號的響應快還有就是系統的穩定性比較好。穩定性要求：所謂系統的穩定性，既系統在輸入量改變、啟動狀態或干擾作用下，其輸出量經過幾次衰減震蕩后，能迅速的穩定在新的或原有的平衡狀態下。它是進給伺服系統能夠正常工作的基本條件。它包含絕對穩定性和相對穩定性。進給伺服系統的穩定性和系統的慣性、剛度、阻尼以及系統增益都有關系。適當選擇系統的機械參數并使他們達到最佳匹配是進給伺服系統設計的目標之一。精度要求：我們知道所謂的進給伺服系統的精度要求是指系統的輸出量的復現輸入量的精度的程度范圍也就是說它的準確性。它包含動態誤差也就是我們說的瞬態過程出現的偏差。還有穩態誤差：也就是我們所講的瞬態過程結束以后系統中存在的偏差也就是說元件誤差還有就是干擾誤差。響應速度要求快：所謂快速響應特性是指系統對指令輸入信號的響應速度及瞬態過程結束的迅速程度，既在無超調的前提下，執行部件的運動速度建立時間tp盡可能的短，（如圖22）所示。它包含系統的響應時間，傳動裝置的的加速能力；直接影響機床的加工精度和生產率。系統的響應速度越快，則加工效率越高。但響應速度過快會造成系統的超調，甚至會影響系統的不穩定。因此，應適當選擇快速響應特性。圖22 進給伺服系統的響應速度要求負載特性要硬：在系統負載范圍里。當負載變化的時候，輸出的速度應改是基本不變的也就是說非常的小，（如圖23）所示，當負載發生突然變化的時候，這就要求速度的恢復的時間很短并且沒有振蕩，也就是說盡可能的短；需要具備足夠的過載的能力。這就是要求伺服系統應該有良好的靜態還有動態剛度等等。圖23進給伺服系統的負載特性低速—大轉矩要求：數控機床經常在低速的情況下進行重切屑，這就要求數控機床具有低速—大轉矩的特性。除了以上要求以外，進給伺服系統還需要能可逆運行并且頻繁靈活的啟停；并且必須具有很高的可靠性能還有必須要維護使用方便盡量使成本低等特征[3]。3 數控車床的步進伺服系統的總體設計 數控車床的步進伺服系統的主要技術參數及要求 主軸電機功率：3kwX軸方向絲杠最大行程300mm；Z軸方向絲杠最大行程1100mm；X軸方向進給速度：mm/min；Z軸方向進給速度：mm/min；X軸脈沖當量：；Z軸脈沖當量：；X軸快速進給速度：mm/min；Z軸快速進給速度：mm/min；橫向移動部件質量：30kg；縱向移動部件質量：100kg；材料選為HT200。因為每當數控裝置發出一個脈沖后經過10倍頻的伺服放大（細分驅動技術）也既是將一個脈沖細分為10個脈沖然后作用于電機，因此根據絲杠導程、步距角和脈沖當量的關系。，p為絲杠導程，為步距角,所以上述脈沖當量符合要求。 滾珠絲杠螺母副的設計首先我們來介紹一下滾珠絲杠螺母副的一些特點。滾珠絲杠螺母副是把回轉運動的東西改變為走直線運動的裝置，目前在很多種數控車床的進給機械傳動裝置中得到了非常廣泛的使用。我們先來看圖31所示，這是滾珠絲杠螺母副的結構圖形，它的工作過程是：在絲杠和螺母上面加工出來一個弧形的螺旋槽，然后將他倆套裝在一塊做成一個螺旋滾道，在滾到內部使用滾珠充滿。當絲杠相對著螺母轉動的時候，它們兩個就會發生軸向位移，滾珠不但可以自己轉動而且還可以沿著滾道循環的流動。滾珠絲杠螺母副的這種獨特的結構把以前傳統的絲杠和螺母之間的滑動摩擦改變為滾動摩擦，所以他有以下很多優點[5][6]。圖31 滾珠絲杠螺母副的結構圖（1）它具有傳動效率，我們只到滾珠絲杠螺母副的機械傳動效率是普通絲杠螺母副的3到4倍之多，估計滾珠絲杠螺母副的傳動效率高達百分之九十六左右。（2）它的運動比較平穩，沒有爬行。因為它的摩擦系數很小并且動靜系數接近，所以它的傳動平穩，靈活。所以能很好的消除爬行的現象。（3）它的使用壽命也比一般的絲杠要長，因為它是滾動摩擦，所以他們零件之間的摩擦力就很小，精度就很高從而壽命就很長。（4）滾珠絲杠螺母副預緊以后可以很有效的消除軸向間隙，所以沒有反向死區，這時候也提高了傳動的剛度。當然了，滾珠絲杠螺母副也有一些缺點。比如說它的結構非常復雜這樣就會造成制造成本很高。還有一點就是他不能自鎖。因為它是滾動摩擦摩擦系數很小。所以它將旋轉運動改變為直線運動的同時也可以將直線運動改變為旋轉運動。采用垂直布置的時候他就會因為零件的慣性或者自重下滑。 X方向滾珠絲杠螺母副的設計 計算絲杠導程：≥=2000/500=4mm工作臺的最大快移速度；電機的最大轉速 （31）計算當量載荷：D——最大回轉直徑移動部件估算，取 （32）計算預期當量載荷：取預緊系數 （33）預加載荷系數，最大軸向載荷，N計算滾珠絲杠螺紋小徑：定位精度，重復定位精度