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数控机床的伺服系统性能探究

2024/5/29 14:01:43发布20次查看
通常液压伺服系统的可靠性比电气伺服系统差,电磁阀、继电器等电磁元件的可靠性较差,应尽量用无接触点元件代替。
目前数控机床因受元件质量、工艺条件及费用等限制,其可靠性还不很高。为了使数控机床能得到工厂的欢迎,必须进一步提高其可靠性,从而提高其使用价值。在设计伺服系统时,必须按设计的技术要求和可靠性选择元器件,并按严格的测试检验进行筛选,在机械互锁装置等方面,必须给予密切注意,尽量减少因机械部件引起的故障。
4 宽范围调速
在数控机床的加工中,伺服系统为了同时满足高速快移和单步点动,要求进给驱动具有足够宽的调速范围。
单步点动作为一种辅助工作方式常常在工作台的调整中使用。
伺服系统在低速情况下实现平稳进给,则要求速度必须大于“死区”范围。所谓“死区”指的是由于静摩擦力的存在使系统在很小的输入下,电机克服不了这摩擦力而不能转动。此外,还由于存在机械间隙,电机虽然转动,但拖板并不移动,这些现象也可用“死区”来表达。
设死区范围为a,则zui低速度vmin,应满足vmin≥a,由于a≤dk,d为脉冲当量(mm/脉冲);k为开环放大倍数,则
vmin≥dk
若取d=0.01mm/脉冲,k=30×1/s,则zui低速度
vmin≥a=30×0.01mm/min=18mm/min
伺服系统zui高速度的选择要考虑到机床的机械允许界限和实际加工要求,高速度固然能提高生产率,但对驱动要求也就更高。此外,从系统控制角度看也有一个检测与反馈的问题,尤其是在计算机控制系统中,必须考虑软件处理的时间是否足够。
由于fmax=fmax/d
式中:fmax为zui高速度的脉冲频率,khz;vmax为zui高进给速度,mm/min;d为脉冲当量,mm。
又设d为调速范围,d=vmax/vmin,得
fmax =dvmin/d=dkd/d=dk
由于频率的倒数就是两个脉冲的间隔时间,对应于zui高频率fmax的倒数则为zui小的间隔时间tmin,即tmin=1/dk。显然,系统必须在tmin内通过硬件或软件完成位置检测与控制的操作。对zui高速度而言,vmax的取值是受到tmin的约束。
一个较好的伺服系统,调速范围d往往可达到800~1000。当今的水平是在脉冲当量d=1µm的条件下,进给速度从0~240m/min范围内连续可调。
5 结论
上述几方面对数控机床位置伺服系统所要求的伺服性能进行了分析,并提出了系统稳定运行的可靠性指标,该研究结果可用于伺服数控系统的设计,也可用于现有数控机床的改造以提高其工作精度。
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