數控機床進給系統設計
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- 數控機床進給系統設計 由于各種數控機床所完成的加工任務不同，它們對進給伺服系統的要求也不盡相同，但通常可概括為以下幾方面：可逆運行；速度范圍寬；具有足夠的傳動剛度和高的速度穩定性；快速響應并無超調；高精度；低速大轉矩。
1.1、伺服系統對伺服電機的要求
（1）從最低速到最高速電機都能平穩運轉，轉矩波動要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速時，仍有平穩的速度而無爬行現象。
（2）電機應具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉矩的要求。一般直流伺服電機要求在數分鐘內過載4-6倍而不損壞。
（3）為了滿足快速響應的要求，電機應有較小的轉動慣量和大的堵轉轉矩，并具有盡可能小的時間常數和啟動電壓。電機應具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保證電機可在0.2s以內從靜止啟動到額定轉速。
（4）電機應能隨頻繁啟動、制動和反轉。
隨著微電子技術、計算機技術和伺服控制技術的發展，數控機床的伺服系統已開始采用高速、高精度的全數字伺服系統。使伺服控制技術從模擬方式、混合方式走向全數字方式。由位置、速度和電流構成的三環反饋全部數字化、軟件處理數字PID，使用靈活，柔性好。數字伺服系統采用了許多新的控制技術和改進伺服性能的措施，使控制精度和品質大大提高。
數控車床的進給傳動系統一般均采用進給伺服系統。這也是數控車床區別于普通車床的一個特殊部分。
1.2、伺服系統的分類 數控車床的伺服系統一般由驅動控制單元、驅動元件、機械傳動部件、執行件和檢測反饋環節等組成。驅動控制單元和驅動元件組成伺服驅動系統。機械傳動部件和執行元件組成機械傳動系統。檢測元件與反饋電路組成檢測系統。 進給伺服系統按其控制方式不同可分為開環系統和閉環系統。閉環控制方式通常是具有位置反饋的伺服系統。根據位置檢測裝置所在位置的不同，閉環系統又分為半閉環系統和全閉環系統。半閉環系統具有將位置檢測裝置裝在絲杠端頭和裝在電機軸端兩種類型。前者把絲杠包括在位置環內，后者則完全置機械傳動部件于位置環之外。全閉環系統的位置檢測裝置安裝在工作臺上，機械傳動部件整個被包括在位置環之內。 開環系統的定位精度比閉環系統低，但它結構簡單、工作可靠、造價低廉。由于影響定位精度的機械傳動裝置的磨損、慣性及間隙的存在，故開環系統的精度和快速性較差。 全閉環系統控制精度高、快速性能好，但由于機械傳動部件在控制環內，所以系統的動態性能不僅取決于驅動裝置的結構和參數，而且還與機械傳動部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關系，故必須對機電部件的結構參數進行綜合考慮才能滿足系統的要求。因此全閉環系統對機床的要求比較高，且造價也較昂貴。閉環系統中采用的位置檢測裝置有：脈沖編碼器、旋轉變壓器、感應同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。 數控車床的進給伺服系統中常用的驅動裝置是伺服電機。伺服電機有直流伺服電機和交流伺服電機之分。交流伺服電機由于具有可靠性高、基本上不需要維護和造價低等特點而被廣泛采用。
直流伺服電動機引入了機械換向裝置。其成本高，故障多，維護困難，經常因碳刷產生的火花而影響生產，并對其他設備產生電磁干擾。同時機械換向器的換向能力，限制了電動機的容量和速度。電動機的電樞在轉子上，使得電動機效率低，散熱差。為了改善換向能力，減小電樞的漏感，轉子變得短粗，影響了系統的動態性能。
交流伺服已占據了機床進給伺服的主導地位，并隨著新技術的發展而不斷完善，具體體現在三個方面。一是系統功率驅動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向發展，智能化功率模塊得到普及與應用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術的成熟，將促進先進控制算法的應用；三是網絡化制造模式的推廣及現場總線技術的成熟，將使基于網絡的伺服控制成為可能。1.3、主要設計任務參數
車床控制精度：0.01mm（即為脈沖當量）；最大進給速度：Vmax=5m/min。 最大加工直徑為Dmax=400mm，工作臺及刀架重：110㎏；最大軸 ，向力=160㎏；導軌靜摩擦系數=0.2；行程=1280mm；步進電機：110BF003；步距角：0.75°；電機轉動...
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