數控機床一般由NC控製係統、伺服驅動係統和反饋檢測係統3部分組成。數控機床對位置係統要求的伺服性能包括:定位速度和輪廓切削進給速度;定位精度和輪廓切削精度;精加工的表麵粗糙度;在外界幹擾下的穩定性。這些要求主要取決(jue) 於(yu) 伺服係統的靜態、動態特性。對閉環係統來說,總希望係統有較高的動態精度,即當係統有一個(ge) 較小的位置誤差時,機床移動部件會(hui) 迅速反應。下麵就位置控製係統影響數控機床加工要求的幾個(ge) 方麵進行論述。
1、加工精度精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控製係統的位置精度在很大程度上決(jue) 定了數控機床的加工精度。因此位置精度是一個(ge) 極為(wei) 重要的指標。為(wei) 了保證有足夠的位置精度,一方麵是正確選擇係統中開環放大倍數的大小,另一方麵是對位置檢測元件提出精度的要求。因為(wei) 在閉環控製係統中,對於(yu) 檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區分出來的,反饋檢測元件的精度對係統的精度常常起著決(jue) 定性的作用。可以說,數控機床的加工精度主要由檢測係統的精度決(jue) 定。位移檢測係統能夠測量的最小位移量稱做分辨率。分辨率不僅(jin) 取決(jue) 於(yu) 檢測元件本身,也取決(jue) 於(yu) 測量線路。在設計數控機床、尤其是高精度或大中型數控機床時,必須精心選用檢測元件。所選擇的測量係統的分辨率或脈衝(chong) 當量,一般要求比加工精度高一個(ge) 數量級。總之,高精度的控製係統必須有高精度的檢測元件作為(wei) 保證。例如,數控機床中常用的直線感應同步器的精度已可達±0.0001mm,即0.1μm,靈敏度為(wei) 0.05μm,重複精度0.2μm;而圓型感應同步器的精度可達0.5N,靈敏度0.05N,重複精度0.1N。
2、開環放大倍數在典型的二階係統中,阻尼係數x=1/2(KT)-1/2,速度穩態誤差e(∞)=1/K,其中K為(wei) 開環放大倍數,工程上多稱作開環增益。顯然,係統的開環放大倍數是影響伺服係統的靜態、動態指標的重要參數之一。一般情況下,數控機床伺服機構的放大倍數取為(wei) 20~30(1/S)。通常把K20範圍的伺服係統稱為(wei) 低放大倍數或軟伺服係統,多用於(yu) 點位控製。而把K20的係統稱為(wei) 高放大倍數或硬伺服係統,應用於(yu) 輪廓加工係統。假若為(wei) 了不影響加工零件的表麵粗糙度和精度,希望階躍響應不產(chan) 生振蕩,即要求是取值大一些,開環放大倍數K就小一些;若從(cong) 係統的快速性出發,希望x選擇小一些,即希望開環放大倍數~增加些,同時K值的增大對係統的穩態精度也能有所提高。因此,對K值的選取是必需綜合考慮的問題。換句話說,並非係統的放大倍數愈高愈好。當輸入速度突變時,高放大倍數可能導致輸出劇烈的變動,機械裝置要受到較大的衝(chong) 擊,有的還可能引起係統的穩定性問題。這是因為(wei) 在高階係統中係統穩定性對K值有取值範圍的要求。低放大倍數係統也有一定的優(you) 點,例如係統調整比較容易,結構簡單,對擾動不敏感,加工的表麵粗糙度好。
3、提高可靠性數控機床是一種高精度、高效率的自動化設備,如果發生故障其損失就更大,所以提高數控機床的可靠性就顯得尤為(wei) 重要。可靠度是評價(jia) 可靠性的主要定量指標之一,其定義(yi) 為(wei) :產(chan) 品在規定條件下和規定時間內(nei) ,完成規定功能的概率。對數控機床來說,它的規定條件是指其環境條件、工作條件及工作方式等,例如溫度、濕度、振動、電源、幹擾強度和操作規程等。這裏的功能主要指數控機床的使用功能,例如數控機床的各種機能,伺服性能等。平均故障(失效)間隔時間(MTBF)是指發生故障經修理或更換零件還能繼續工作的可修複設備或係統,從(cong) 一次故障到下一次故障的平均時間,數控機床常用它作為(wei) 可靠性的定量指標。由於(yu) 數控裝置采用微機後,其可靠性大大提高,所以伺服係統的可靠性就相對突出。它的故障主要來自伺服元件及機械傳(chuan) 動部分。通常液壓伺服係統的可靠性比電氣伺服係統差,電磁閥、繼電器等電磁元件的可靠性較差,應盡量用無接觸點元件代替。
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