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数控车床与数控加工中心相比,结构相对并不复杂,其通常的机床机械结构主要包括主轴、轴、轴、刀塔、尾台等。影响其加工工件质量高低的主要因素来源于主轴、轴、轴。作为数控车床完成插补加工的主要机构——轴、轴伺服的研究,长久以来一直是众多伺服研究的重要内容。“数控机床进给伺服系统是数控系统的重要组成部分,它是以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统”。
一、数控车床伺服系统调整的概述:
1、伺服机构的机械调整:数控车床的机械结构调整,主要包括伺服电机支架的尺寸精度检查、装配间隙的检查、电机轴心与丝杠轴心的同轴程度、电机转子轴与丝杠轴之间的联轴器的装配情况、丝杠支撑轴承的装配情况、丝杠上母线、侧母线的装配情况、丝杠圆转跳动情况、丝杠预紧力、丝杠与丝母之间的反向间隙情况、床鞍的爬行、丝杠螺距误差、丝杠变形等情况。在、两轴的机械插补情况方面主要是研究两轴的垂直度情况,以及伺服轴运动的机械振动情况、两轴的插补运行的不匹配程度等情况。此外在实际运行时,实际加工车间的环境湿度、温度等情况也是重要的影响因素,本文也将做相关的分析。总体上讲,数控车床的机械结构、机械装配对于加工零件时的影响很大,影响程度与电气影响相比,是固有的、根本的影响。
2、伺服机构的电气调整:同时对于数控车床而言,其不同于普通车床的最大特点就是其具有高精准的伺服控制。伺服机构电气调整的目标,就是通过整定伺服参数来优化调整伺服驱动器对伺服电机的控制。
二、伺服系统调整研究的特点与发展现状
“伺服系统的性能对数控机床的精度有很大的影响,如果不能准确掌握其与主机配接后所表现的特性,将会给机床的最终调试带来很大的困难”。排除编程操作方面等的因素,面对加工件的尺寸精度问题、值不稳定问题、加工件表面振纹与暗影问题、插补问题时,往往素手无策,不知如何解决,或者想到从伺服调整方面入手,却没有好的办法,没有成型的解决方案,现套用理论:“在工业应用中,伺服控制系统要求满足响应速度快、调速范围宽,定位精度高、运行稳定性等性能指标”。而在应用时发现理论和实际应用还有一段需要衔接的距离。
三、伺服机械结构方面易出现问题的部位
1、伺服电机与电机支架之间的装配问题。在实际中我发现由于电机支架和电机安装不同轴,带来了很多伺服方面的问题,这也成为产生数控车床伺服方面问题的一个主要要因。
2、伺服电机支架与床鞍之间的装配问题。这部分问题主要表现为伺服支架在装配时,伺服支架的安装位置存在偏差,导致伺服电机在工作时出现电流不稳,出现自动控制理论中的“时滞环节”的情况。
3、连轴器问题。所谓机床的联轴器,是一种柔性连接单元,由两部分构成,两部分之间有弹性塑料,联轴器的两端分别用于连接伺服电机转子和丝杠,联轴器的作用就是连接、传递扭力,同时它还有减小振动和缓冲的作用。数控车床的使用中,有时会遇到联轴器的两部分柔性连接环节间隙过大而带来联轴器“喊叫”,表现为联轴器高频振动,用手摸一下联轴器就会有高频振动感,这种数控车床在进行加工时,会存在振纹。遇到这类问题,有时可以通过伺服参数的整定获得解决,如调整数控系统的电流环路功能有效)、速度环路比例项高速处理功能)等增加伺服高速响应的参数的方法获得解决,但更多的情况下需要通过更换联轴器或调整机械安装误差获得解决。
4、丝杠装配问题。丝杠的装配误差主要是由于丝杠在装配时,两端支撑块存在装配调整精度问题所致,表现为:丝杠装配时的两端支撑端跳、丝杠装好后丝杠中间与两端的圆转跳动等。
5、振动问题。振动问题,通过前面章节的问题机床的实际加工问题分析,可以发现,这类问题对加工的影响较大。这类问题的成因较为复杂,与伺服各个环节的装配质量都可能有关系,对于轴导轨倾斜的数控车床而言,轴由于受到床鞍重力的影响,其装配上如果存在受力不均(受力接触面接触不实)等问题,则非常容易产生振动。在下面的内容中,将对这类复杂问题,抽离出一个数学模型,利用仿真软件进行仿真研究。
6、爬行问题。数控车床的伺服爬行问题,可以通过针对数控车床的X、Z向伺服轴进行单脉冲检测发现。
7、反向间隙方面。一般情况下,机床的丝杠与丝杠对应的丝母,在安装时有间隙存在,当伺服电机通过联轴节带动丝杠运行时,由于丝杠与丝母间存在间隙的情况,丝母运动要滞后于丝杠,表现为丝母带动的工作台移动滞后,这个间隙被认为是反向间隙。
8、插补问题。数控车床由于釆用数控系统对机床的运行进行控制,数控系统的插补控制算法都较为精确,无论直线、圆弧、螺旋线、曲线、曲面等算法计算时,数控系统本身的计算都不容易出问题,而实际中遇到的插补轮廓不好的问题,基本是由于机床的机械机构存在各种问题所致,或者机械精度达不到高精度的要求,使数控系统的插补效果发挥不出来。
9、丝杠的热变形问题。前面提到的各种伺服机械问题,都较为直观,而另一些影响数控车床加工的渐变因素也不容忽视。例如,机床的持续高速加工带来的丝杠受热变形问题。数控车床在持续高速快移、大切削量的工作后,会使丝杠与丝母之间因为摩擦產生较大量的热,通过热传导,使丝杠的温度升高,由于热胀冷缩,丝杠会膨胀变形变长。这种丝杠的变长会带来加工尺寸的变化,这种伺服问题对于数控车床的加工影响也很大。
四、伺服机械调整的局限性
在实际问题的解决过程中,单从伺服的机械结构方面进行调整是很难达到良好的伺服调整效果的。主要有如下几方面原因:
1、数控车床是高度的机电一体化产品,单从机械方面或电气方面进行伺服调整是不全面的,其结果很可能会影响调试的效率。
2、另一方面,有些问题单独从伺服的机械方面进行调整,可能无法解决伺服驱动器问题带来的加工问题,如单独从机械装配方面调整,很难对机械结构固定的机床提高刚性,而从电气参数整定方面,就可以轻而易举的解决问题。
3、伺服机械结构如果调整过紧,如丝杠预紧螺母调整过紧,会带来伺服电机负载的增大,到一定限度会带来伺服电机的过电流情况。
4、有些加工问题的解决,如高速加工问题,单独从机械调整方面是很难解决的,需要从电气控制功能上进行调节。
一、数控车床伺服系统调整的概述:
1、伺服机构的机械调整:数控车床的机械结构调整,主要包括伺服电机支架的尺寸精度检查、装配间隙的检查、电机轴心与丝杠轴心的同轴程度、电机转子轴与丝杠轴之间的联轴器的装配情况、丝杠支撑轴承的装配情况、丝杠上母线、侧母线的装配情况、丝杠圆转跳动情况、丝杠预紧力、丝杠与丝母之间的反向间隙情况、床鞍的爬行、丝杠螺距误差、丝杠变形等情况。在、两轴的机械插补情况方面主要是研究两轴的垂直度情况,以及伺服轴运动的机械振动情况、两轴的插补运行的不匹配程度等情况。此外在实际运行时,实际加工车间的环境湿度、温度等情况也是重要的影响因素,本文也将做相关的分析。总体上讲,数控车床的机械结构、机械装配对于加工零件时的影响很大,影响程度与电气影响相比,是固有的、根本的影响。
2、伺服机构的电气调整:同时对于数控车床而言,其不同于普通车床的最大特点就是其具有高精准的伺服控制。伺服机构电气调整的目标,就是通过整定伺服参数来优化调整伺服驱动器对伺服电机的控制。
二、伺服系统调整研究的特点与发展现状
“伺服系统的性能对数控机床的精度有很大的影响,如果不能准确掌握其与主机配接后所表现的特性,将会给机床的最终调试带来很大的困难”。排除编程操作方面等的因素,面对加工件的尺寸精度问题、值不稳定问题、加工件表面振纹与暗影问题、插补问题时,往往素手无策,不知如何解决,或者想到从伺服调整方面入手,却没有好的办法,没有成型的解决方案,现套用理论:“在工业应用中,伺服控制系统要求满足响应速度快、调速范围宽,定位精度高、运行稳定性等性能指标”。而在应用时发现理论和实际应用还有一段需要衔接的距离。
三、伺服机械结构方面易出现问题的部位
1、伺服电机与电机支架之间的装配问题。在实际中我发现由于电机支架和电机安装不同轴,带来了很多伺服方面的问题,这也成为产生数控车床伺服方面问题的一个主要要因。
2、伺服电机支架与床鞍之间的装配问题。这部分问题主要表现为伺服支架在装配时,伺服支架的安装位置存在偏差,导致伺服电机在工作时出现电流不稳,出现自动控制理论中的“时滞环节”的情况。
3、连轴器问题。所谓机床的联轴器,是一种柔性连接单元,由两部分构成,两部分之间有弹性塑料,联轴器的两端分别用于连接伺服电机转子和丝杠,联轴器的作用就是连接、传递扭力,同时它还有减小振动和缓冲的作用。数控车床的使用中,有时会遇到联轴器的两部分柔性连接环节间隙过大而带来联轴器“喊叫”,表现为联轴器高频振动,用手摸一下联轴器就会有高频振动感,这种数控车床在进行加工时,会存在振纹。遇到这类问题,有时可以通过伺服参数的整定获得解决,如调整数控系统的电流环路功能有效)、速度环路比例项高速处理功能)等增加伺服高速响应的参数的方法获得解决,但更多的情况下需要通过更换联轴器或调整机械安装误差获得解决。
4、丝杠装配问题。丝杠的装配误差主要是由于丝杠在装配时,两端支撑块存在装配调整精度问题所致,表现为:丝杠装配时的两端支撑端跳、丝杠装好后丝杠中间与两端的圆转跳动等。
5、振动问题。振动问题,通过前面章节的问题机床的实际加工问题分析,可以发现,这类问题对加工的影响较大。这类问题的成因较为复杂,与伺服各个环节的装配质量都可能有关系,对于轴导轨倾斜的数控车床而言,轴由于受到床鞍重力的影响,其装配上如果存在受力不均(受力接触面接触不实)等问题,则非常容易产生振动。在下面的内容中,将对这类复杂问题,抽离出一个数学模型,利用仿真软件进行仿真研究。
6、爬行问题。数控车床的伺服爬行问题,可以通过针对数控车床的X、Z向伺服轴进行单脉冲检测发现。
7、反向间隙方面。一般情况下,机床的丝杠与丝杠对应的丝母,在安装时有间隙存在,当伺服电机通过联轴节带动丝杠运行时,由于丝杠与丝母间存在间隙的情况,丝母运动要滞后于丝杠,表现为丝母带动的工作台移动滞后,这个间隙被认为是反向间隙。
8、插补问题。数控车床由于釆用数控系统对机床的运行进行控制,数控系统的插补控制算法都较为精确,无论直线、圆弧、螺旋线、曲线、曲面等算法计算时,数控系统本身的计算都不容易出问题,而实际中遇到的插补轮廓不好的问题,基本是由于机床的机械机构存在各种问题所致,或者机械精度达不到高精度的要求,使数控系统的插补效果发挥不出来。
9、丝杠的热变形问题。前面提到的各种伺服机械问题,都较为直观,而另一些影响数控车床加工的渐变因素也不容忽视。例如,机床的持续高速加工带来的丝杠受热变形问题。数控车床在持续高速快移、大切削量的工作后,会使丝杠与丝母之间因为摩擦產生较大量的热,通过热传导,使丝杠的温度升高,由于热胀冷缩,丝杠会膨胀变形变长。这种丝杠的变长会带来加工尺寸的变化,这种伺服问题对于数控车床的加工影响也很大。
四、伺服机械调整的局限性
在实际问题的解决过程中,单从伺服的机械结构方面进行调整是很难达到良好的伺服调整效果的。主要有如下几方面原因:
1、数控车床是高度的机电一体化产品,单从机械方面或电气方面进行伺服调整是不全面的,其结果很可能会影响调试的效率。
2、另一方面,有些问题单独从伺服的机械方面进行调整,可能无法解决伺服驱动器问题带来的加工问题,如单独从机械装配方面调整,很难对机械结构固定的机床提高刚性,而从电气参数整定方面,就可以轻而易举的解决问题。
3、伺服机械结构如果调整过紧,如丝杠预紧螺母调整过紧,会带来伺服电机负载的增大,到一定限度会带来伺服电机的过电流情况。
4、有些加工问题的解决,如高速加工问题,单独从机械调整方面是很难解决的,需要从电气控制功能上进行调节。