数控机床进给系统的精度分析

   2018-05-10 179
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  数控机床的伺服系统按其控制方式,可分为开环、半闭环和全闭环三类,现结合相关精度分析如下:

  1.开环进给系统

  数控机床基本上不用开环进给系统。它虽然简单,但如果负荷突然加大,或者脉冲频率变化剧烈,则执行 不见得运动可能发生误差,这就是常说的“失步”现象。

  2.半闭环进给系统

  半闭环系统的误差,包括丝杠的导程误差、丝杠轴承的轴向圆跳动、伺服系统的误差和伺服系统闭环之外 ,还包括个机械环节弹性变形引起的误差。

  (1)定位精度计算

  在进给系统内,存在各种干扰因素如摩擦力、切削力及惯性力等。伺服系统在这些因素的作用下,必然产 生位置偏差。为了抵抗这些干扰,伺服电动机必须提供一定的输出力矩。这个力矩与位置偏差之比,成为伺服刚度kR,输出量为伺服电动机的输出转矩,输入为位置偏差角,单位为N·m/rad。伺服刚度kR为单位位置偏差,电动机能产生多大的转矩以克服外界的干扰,计算公式如下:

  把这个伺服刚度kR折算至移动部件:

  式中  i ——电动机到丝杠的传动比。

  计算出移动部件的伺服刚度kR,滚珠丝杠副的接触刚度kN,滚珠丝杠的最小拉压刚度kKmin和丝杠轴承的轴 向接触刚度kT后,按弹簧串联原则合成:

  半闭环进给系统的定位精度实在无切削空载条件下检验的。因此,载荷只是导轨的摩擦力Ff,因Ff而引起 的误差δ为:

δ=Ff/kΣ

  δ加上丝杠任意300mm内的导程公差和轴承的轴向跳动,不应超过要求的定位公差。

  (2)重复定位精度计算

  如果伺服系统施加在移动部件上的力不超过导轨间的最大静摩擦力Fst,则移动部件是不动的。静摩擦力 除以系统综合刚度,就是不灵敏区(死区)△。△就是最大重复定位误差:

△=±Fst/kΣ

  (3)提高定位精度的途径

  经过计算,如果发现定位精度不够,可以通过下列途径来提高:①提高丝杠精度;②提高各环节的刚度。

  应先考虑提高刚度较低的环节的刚度。如果伺服刚度较低,可适当加大系统增益Ks。但是刚度过大,可能 会引起系统振荡。提高机械环节的刚度可以有下列途径:适当加大丝杠直径;增加滚珠的圈数和列数;改 一端轴向固定为两端固定;改变推力角接触轴承的组配方式。

  如果上述措施都不奏效,则说明半闭环系统已不能满足要求,应改用全闭环系统。

  3.全闭环进给系统

  各机械传动环节都已包括在闭环之内,其误差可由闭环系统纠正。闭环系统的误差为反馈装置(如光栅、 感应同步器等)的误差和伺服系统的误差,这是无法避免的。

 
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