【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 起 了 構(gòu)件質(zhì)量的 加多 ，會(huì)使共振頻率發(fā)生騙移，這是不利 于設(shè)計(jì) 的。因此， 重點(diǎn)應(yīng)放在 提高單位質(zhì)量的個(gè)剛度。 提 高靈敏度 該數(shù)控磨床 Y軸 經(jīng)過(guò) 數(shù)字信息來(lái)控制刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它 需要 在相當(dāng)大的進(jìn)給速度范圍內(nèi)都能 夠 達(dá)到 比較 高的精度， 是以 運(yùn)動(dòng)部件應(yīng) 當(dāng) 具 備 較高的靈敏度。導(dǎo)軌部分 使 用貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌，以減少摩擦力 讓 其在低速時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。工作臺(tái)的移動(dòng) 使 用支流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)滾珠絲杠傳動(dòng)， 消減 了進(jìn)給系統(tǒng)所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩， 使得 運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 提高了 。 三江學(xué)院 20xx屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用 伺服系統(tǒng) 接收 數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給脈沖或 者 進(jìn)給位移量，并把它變 更 成模擬量 ( 如電壓 、 轉(zhuǎn)角 、相位等 )，經(jīng)功率放大后 從而 驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，使工作臺(tái) 依照 精確的定位或 根據(jù) 規(guī)定的軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 從而能 加工出 合適 于精度要求的零件。因此，伺服系統(tǒng)的性能也是決定數(shù)控機(jī)床的加工精度、加工表面質(zhì)量、生產(chǎn)率和機(jī)床的可靠性的關(guān)鍵之一。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的 要求 帶有數(shù)字 顯示 的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都屬于伺服系統(tǒng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)不 光 是數(shù)控機(jī)床的一個(gè) 主 要組成部分， 同樣 也是數(shù)控機(jī)床 與一般機(jī)床 不同 的一個(gè)特殊 機(jī)構(gòu) 。數(shù)控機(jī)床對(duì) 于 進(jìn)給系統(tǒng)的性能指標(biāo)可 分 為：定位精度 高；跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快速 ；系統(tǒng) 的穩(wěn)定性要好。 穩(wěn)定性 穩(wěn)定的系統(tǒng)，即系統(tǒng)在輸入量的 變化 、啟動(dòng)狀態(tài)或外界 不穩(wěn)定 作用下，其輸出量經(jīng) 由 幾次衰減振蕩后，能 快速 地穩(wěn)定在新的或原有的 穩(wěn)定 狀態(tài)下。它是伺服系統(tǒng) 可以舉行 正常工作的基本條件。它 蘊(yùn)含 絕對(duì)穩(wěn)定性和相對(duì)穩(wěn)定性。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性 以及 系統(tǒng)的慣性、剛度、阻尼 和 系統(tǒng)增益都有 相 關(guān) 。 得當(dāng)采取 系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)（主要 的有 阻尼、剛度、諧振頻率 以及 失動(dòng)量等）和電氣 數(shù)據(jù) ， 從而 使它們 擁有 最 佳 互 配，是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的 目的 之一。 精度 所謂進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精 確 度 就 是指系統(tǒng)的輸出量復(fù)線輸入量的 切確 程度， 也 就是 準(zhǔn)確性。它包含動(dòng)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過(guò)程 中呈現(xiàn)出 的偏差；穩(wěn)態(tài)誤差，即瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束后 所存在的偏差 ；靜態(tài)誤差， 也就是 元件誤差 和 干擾誤差。 快速響應(yīng)特性 所謂的快速響應(yīng) 系統(tǒng) 是指系統(tǒng)對(duì)指令輸入信號(hào)的 反應(yīng) 速度及瞬態(tài)過(guò)程 停止 的迅速程度。它包 括 系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，加速傳動(dòng)裝置的 能力 。 該系統(tǒng)直接影響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率。 使該 系統(tǒng)的響應(yīng)速度 更 快， 從而讓 加工效率越 高，軌跡 和 精度 更 高。但響應(yīng)速度過(guò)快會(huì) 使 系統(tǒng) 出現(xiàn) 超調(diào)， 嚴(yán)重的 會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，應(yīng) 該 選擇 合適的 快速響應(yīng)特性。 該數(shù)控磨床 Y軸 使用 輪廓控制， 因此 要求高的定位精度 外，還要求 很 好的快速性 同時(shí)還有 形成輪廓的各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài) 能力 的一致性。該數(shù)控磨床 使用 的是 閉環(huán)控制型式，對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)主要是穩(wěn)定性問(wèn)題。 三江學(xué)院 20xx屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 機(jī)床的位置調(diào)節(jié) 會(huì) 對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)提出很高的要求。其中在靜態(tài)設(shè)計(jì) 應(yīng)該 ： 1. 能夠克服摩擦力和負(fù)載： （ 1）很小的進(jìn)給位移量； （ 2）高的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度； （ 3）足夠的調(diào)速范圍。 2. 進(jìn)給速度均勻，在速度很低時(shí) 沒(méi)有 爬行現(xiàn)象。 3. 在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面的要求有： (1) 具有 良好 的加速和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 從而 完成啟動(dòng)制動(dòng)過(guò)程； (2) 具有良好的動(dòng)態(tài)特性來(lái)保證高精度 和良好的表面質(zhì)量的軌跡 (3) 負(fù)載引起的軌跡誤差盡可能的??； 4. 機(jī)械傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)要求有： (1) 被加速的運(yùn)動(dòng)部件具有小的慣量； (2) 高的剛度； (3) 良好的阻尼； (4) 傳動(dòng)部件在拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼特性和 間隙方面 盡 可能小的非線性。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成 圖 31 伺服系統(tǒng)的組成 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的分類 按控制方式不同分為開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng) .該次設(shè)計(jì)的數(shù)控磨 三江學(xué)院 20xx屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 床 Y軸采用閉環(huán)系統(tǒng)。 a) 采用閉環(huán)系統(tǒng)的原因： 1 . 安裝在桌子上的閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)裝置，由于閉環(huán)系統(tǒng)可以自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，控制精度高（ ～ ）快速的性能，但成本高， 而該數(shù)控磨床要求進(jìn)給精度為 mm，為了滿足設(shè)計(jì)要求，采用閉環(huán)系統(tǒng)。 具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低 ，但是沒(méi)有位置反饋環(huán)節(jié) ，會(huì)使得定位誤差不能調(diào)節(jié) ， 其控制精度（ ～ mm）和快速性 不好 。 無(wú)法 滿足該數(shù)控磨床的 要求 ,所以 不采用開環(huán)系統(tǒng) . 3. 半閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)裝置安裝在滾珠絲杠軸 和 電機(jī)軸 其中一 端。 因?yàn)?檢測(cè)元件檢測(cè)的反饋信號(hào)不 包括 從絲杠軸到工作臺(tái)間傳動(dòng)鏈的誤差， 是以 這部分誤差 無(wú)法 到自動(dòng)補(bǔ)償，精度比閉環(huán)系統(tǒng)的 精度 要低， 同時(shí)也 不滿 足該數(shù)控磨床的要求，所以 不采用半閉環(huán)系統(tǒng)。 b) 閉環(huán)系統(tǒng)的組成原理 機(jī)床數(shù)控裝置中 產(chǎn)生 的指令信號(hào) 和 工作臺(tái)末端 測(cè)量 得 到 的實(shí)際位置反饋信號(hào)進(jìn)行 對(duì)比 ， 按照 其差值 持續(xù) 控制運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行誤差修正，直 到 差值在誤差 容 許的范疇 之內(nèi)為止。采用閉環(huán)系統(tǒng)控制可以消除 因?yàn)?運(yùn)動(dòng)部件制造中存在的精度誤差從而 給工件帶來(lái)的影響， 因此 得到很高的加工精度。個(gè)部分的關(guān)系如下圖所示： 圖 32 閉環(huán)系統(tǒng)的組成原理 給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 數(shù)控機(jī)床的位置調(diào)節(jié)系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的位置調(diào)節(jié)技術(shù)保證被零件 加工 的尺寸精度和 形狀 精度。 其位置調(diào) 節(jié)系統(tǒng)如圖所示： 輸入?yún)?shù)的產(chǎn)生和位置調(diào)節(jié)器的功能可用計(jì)算機(jī)完成 ,從而構(gòu)成一個(gè)數(shù)字位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)。進(jìn)給驅(qū)動(dòng)部件可以是電氣的或是液壓的 ,分別稱為電氣驅(qū)動(dòng)部件和液壓三江學(xué)院 20xx屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 驅(qū)動(dòng)部件。該數(shù)控磨床 Y軸 使用 電氣驅(qū)動(dòng)， 包括 了 從定值的輸入到電機(jī)的輸出。從電機(jī)的輸出 通過(guò) 機(jī)械傳動(dòng)到工作臺(tái) ，這 稱 之 為機(jī)械傳動(dòng)部件。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)字模型 在位置環(huán)的調(diào)節(jié)上有模擬式和數(shù)字式，或者說(shuō)有連續(xù)控制方式和離散控制方式。機(jī)床的數(shù) 控 系統(tǒng)是由 一臺(tái) 計(jì)算機(jī)作為調(diào)節(jié)器， 根據(jù) 采樣 模式 工作的，屬于離散控制方式。這 種 系統(tǒng)精度高 ，動(dòng)態(tài)性能 高 ，可充分 使 用計(jì)算機(jī)的快速運(yùn)算功能和 保存 功能， 使得進(jìn) 給伺服系統(tǒng) 永遠(yuǎn) 處于最 好 工作狀態(tài)。另外， 因?yàn)?計(jì)算機(jī)作為調(diào)節(jié)器， 是以 調(diào)節(jié)系統(tǒng) 擁 有很大柔性。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及伺服性能分析 時(shí)間響應(yīng)性 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性， 根據(jù)不同的描述方法 ，分為時(shí)間 和頻率響應(yīng) 特性 時(shí)間響應(yīng)特性是 反映 系統(tǒng)對(duì)迅速變化的指令 是 否 可以 迅速跟蹤的特性，它由瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)兩 個(gè) 部分組成。 該 系統(tǒng)包含 多個(gè) 儲(chǔ)能元件，所以當(dāng)輸入量 傳輸?shù)?系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)輸出不能立刻 按照 輸入量 的 變化， 要 在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定之前 體現(xiàn)為瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)程（或叫 過(guò)度過(guò)程）。穩(wěn)定響應(yīng)是指 加入 時(shí)間 t 趨向無(wú)窮大時(shí)系統(tǒng)的輸出 狀況 。 如果 在穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出與輸入 無(wú)法 完全 一致 ， 那么 就認(rèn)為系統(tǒng) 有 穩(wěn)態(tài)誤差。 系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特性不 但 決定于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能（如一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)就不同）， 并 且也決定于輸入信號(hào)的 種類 ，且隨加工 目標(biāo) 的不同 和 切削用量的不同而轉(zhuǎn)變 。尤其考慮到啟動(dòng)、停車、正反方向等控制情況，各坐標(biāo)軸速度信號(hào)的變化極為復(fù)雜。 頻率響應(yīng)特性 時(shí)間響應(yīng)特性是從微分方程出發(fā)，研究系統(tǒng)響應(yīng)隨時(shí)間的變化規(guī)律，即在已知傳遞函數(shù)的情況下，從系統(tǒng)在節(jié)躍輸入及斜坡輸入 期間 響應(yīng)速度及振蕩過(guò)程的狀 況 中來(lái)獲得動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。 但是 在 許 多情況下，傳遞函數(shù) 模糊 ，所以只能 通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法 獲得 動(dòng)態(tài)特性的。 所謂頻率響應(yīng)特性， 便 是系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào)的 反映 ，即它是通過(guò) 考慮 系統(tǒng)對(duì)正弦輸入信號(hào) 響應(yīng) 的 規(guī)律來(lái)獲得 它的 動(dòng)態(tài)特性。由于頻率特性 和 傳遞函數(shù) 有著 密切 的關(guān)系 ， 所以 在工程中的應(yīng)用越來(lái)越多?？?以從 頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)擬合成傳遞函數(shù) 從 而建立數(shù)學(xué)模型。 三江學(xué)院 20xx屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 穩(wěn)定性分析 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求是工作的穩(wěn)定性。只有穩(wěn)定的工作 才能進(jìn)一步探討性能指標(biāo)。系統(tǒng)的穩(wěn)定受多種因素的影響，其中包括機(jī)械傳動(dòng)部件的慣性、阻尼、剛性和 傳動(dòng)比。為考察機(jī)械傳動(dòng)部件的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，根據(jù)穩(wěn)定判斷式編制計(jì)算程序。 快速性分析 所謂快速性分析是指分析系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能，快速性反映了系統(tǒng)的瞬態(tài)質(zhì) 量。 解釋 系統(tǒng)快速性的方法 不少 ，有直接求解法、間接評(píng)價(jià)法 以及 計(jì)算機(jī)模擬法等。直接求解法 較為 麻煩，且 難以 得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)對(duì) 于 瞬態(tài)質(zhì)量 的 影響 規(guī)律；計(jì)算機(jī) 仿真 十分簡(jiǎn)便，而且還 能適用于 復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、多變量系統(tǒng) 以及 非線性系統(tǒng) 等 某些難 以 得 到 數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)， 但是 它需要一套軟件 以及 上機(jī)條件。間接評(píng)價(jià)法，方法 比較 簡(jiǎn)單， 而且 能明顯地看 到 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 以及 參數(shù)對(duì) 于 瞬態(tài)質(zhì)量的影響， 所以 廣泛地 運(yùn) 用在系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì) 。 關(guān)于 線性進(jìn)給伺服系統(tǒng)， 因?yàn)?它包 含 各種電路、機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置 以及 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)各 個(gè) 環(huán)節(jié)都有時(shí)間常數(shù)，對(duì) 于 高頻信號(hào) 不能 及 時(shí) 反應(yīng)， 僅僅 是一個(gè)低通濾波器。這 類 系統(tǒng)的通頻帶寬，對(duì)高頻 信息 響應(yīng)速度快， 是 以從開環(huán)頻率特性圖看， 應(yīng)該要 提高閉環(huán)回路的響應(yīng)速度。 為 了 使 得 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 擁有 良好的伺服性能（穩(wěn)定、快速）， 外國(guó) 文獻(xiàn)對(duì) 于 機(jī)械傳動(dòng)部件 要求 很高的諧振頻率，但 是 對(duì) 于 這些數(shù)據(jù) 沒(méi)有進(jìn)行理論分析。有的 作者 認(rèn)為：在電氣伺服系統(tǒng)中，可控硅電源 和 支流馬達(dá)特性引 發(fā) 的諧振是 使得 伺 服系統(tǒng)性能限制 的因素。但 是 實(shí)際上 由于 機(jī)械傳動(dòng)部件不是剛性， 常常 達(dá)不到很高的諧振頻率， 而 且阻尼又低， 很 可能 因此 成為提高伺服性能的限制因素。 伺服精度 伺服精度的 大小 用誤差的大小來(lái)平衡， 常講的 伺服誤差是伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí) 的指令位置和實(shí)際位置 的 差，它反映 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)質(zhì)量。 理想的伺服系統(tǒng)是在任 何 時(shí)刻輸出和輸入都 是 同步 的 ，沒(méi)有誤差， 然而 這是不可能的。 形 成不同步的原因 有 很多，系統(tǒng) 因?yàn)?本身動(dòng)態(tài)特性，外加負(fù)載 以及 內(nèi)部擾動(dòng)等 等 都 可能 造成實(shí)際位置 與 指令位置 的偏移 。 三江學(xué)院 20xx屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 想要 求出伺服誤差， 一定要 分別求出系統(tǒng)在輸入信號(hào) 以及 外加負(fù)載等 等 信號(hào)的 共同 作用下 發(fā)生 的輸出響應(yīng)， 而 后 按照 線性系統(tǒng)的疊加原理將 所有的 響應(yīng)疊加起來(lái) 從而知道 實(shí)際位置， 然后 用指令位置減去實(shí)際位置 就能 得到伺服誤差。 要 算出 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服誤差的 計(jì)算 表達(dá)式。 要 討論以下幾個(gè)重要概念：