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數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的精度分析
1.開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)
數(shù)控機(jī)床基本上不用開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)。它雖然簡(jiǎn)單,但如果負(fù)荷突然加大,或者脈沖頻率變化劇烈,則執(zhí)行不見得運(yùn)動(dòng)可能發(fā)生誤差,這就是常說的“失步”現(xiàn)象。
2.半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)
半閉環(huán)系統(tǒng)的誤差,包括絲杠的導(dǎo)程誤差、絲杠軸承的軸向圓跳動(dòng)、伺服系統(tǒng)的誤差和伺服系統(tǒng)閉環(huán)之外,還包括個(gè)機(jī)械環(huán)節(jié)彈性變形引起的誤差。
(1)定位精度計(jì)算
在進(jìn)給系統(tǒng)內(nèi),存在各種干擾因素如摩擦力、切削力及慣性力等。伺服系統(tǒng)在這些因素的作用下,必然產(chǎn)生位置偏差。為了抵抗這些干擾,伺服電動(dòng)機(jī)必須提供一定的輸出力矩。這個(gè)力矩與位置偏差之比,成為伺服剛度kR,輸出量為伺服電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,輸入為位置偏差角,單位為N·m/rad。伺服剛度kR為單位位置偏差,電動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生多大的轉(zhuǎn)矩以克服外界的干擾,計(jì)算公式如下:
式中i——電動(dòng)機(jī)到絲杠的傳動(dòng)比。
計(jì)算出移動(dòng)部件的伺服剛度k'R,滾珠絲杠副的接觸剛度kN,滾珠絲杠的zui小拉壓剛度kKmin和絲杠軸承的軸向接觸剛度kT后,按彈簧串聯(lián)原則合成:
δ=Ff/kΣ
δ加上絲杠任意300mm內(nèi)的導(dǎo)程公差和軸承的軸向跳動(dòng),不應(yīng)超過要求的定位公差。
(2)重復(fù)定位精度計(jì)算
如果伺服系統(tǒng)施加在移動(dòng)部件上的力不超過導(dǎo)軌間的zui大靜摩擦力Fst,則移動(dòng)部件是不動(dòng)的。靜摩擦力除以系統(tǒng)綜合剛度,就是不靈敏區(qū)(死區(qū))△。△就是zui大重復(fù)定位誤差:
△=±Fst/kΣ
(3)提高定位精度的途徑
經(jīng)過計(jì)算,如果發(fā)現(xiàn)定位精度不夠,可以通過下列途徑來提高:①提高絲杠精度;②提高各環(huán)節(jié)的剛度。
應(yīng)先考慮提高剛度較低的環(huán)節(jié)的剛度。如果伺服剛度較低,可適當(dāng)加大系統(tǒng)增益Ks。但是剛度過大,可能會(huì)引起系統(tǒng)振蕩。提高機(jī)械環(huán)節(jié)的剛度可以有下列途徑:適當(dāng)加大絲杠直徑;增加滾珠的圈數(shù)和列數(shù);改一端軸向固定為兩端固定;改變推力角接觸軸承的組配方式。
如果上述措施都不奏效,則說明半閉環(huán)系統(tǒng)已不能滿足要求,應(yīng)改用全閉環(huán)系統(tǒng)。
3.全閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)
各機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)都已包括在閉環(huán)之內(nèi),其誤差可由閉環(huán)系統(tǒng)糾正。閉環(huán)系統(tǒng)的誤差為反饋裝置(如光柵、感應(yīng)同步器等)的誤差和伺服系統(tǒng)的誤差,這是無法避免的。
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