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数控机床机电匹配性能测试平台软件设计毕业设计说明书样本.doc
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1 前言
数控机床进给伺服系统由伺服电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部
件构成。它作用是:接受由数控系统发出进给位移和速度指令信号,由伺服驱动电
路作一定转换和放大后,经伺服驱动装置(直流、交流伺服电机、直流电机、功率
步进电机、电液伺服阀—液压马达等)相机械传动机构,驱动机床工作台、主轴头
架等执行部件实现工作进给和迅速运动。
数控机床进给伺服系统与普通机床进给系统有本质上差别,它能依照指令信号
精准地控制执行部件运动速度与位置,以及几种执行部件按一定规律运动所合成运
动轨迹。发展高性能数控进给伺服系统,在很大限度上决定了机床加工精度、表面
质量和生产效率。数控进给伺服系统性能取决于构成它伺服驱动系统与机械传动机
构中各环节特性,也取决于系统中各环节性能参数合理匹配。以伺服驱动装置与控
制调节器为中心伺服驱动系统已有较成熟理论分析、实验研究和设计办法。
图 1.1 数控进给系统在 CNKI 中所受关注度(来源于 CNKI 学术趋势)
由图 1.1 可以看出,数控进给系统研究,近年来也逐渐受到诸多学者注重,她
们也进行了不少工作,并获得了一定得进步。这些进步均有效地增进了进给伺服系
统技术发展,进给系统功能也随之得到了巨大提高。但是,若只有单轴进给系统精
度等各方面性能优越是不够,在双轴或多轴系统中,它们各自不一定可以完全发挥
各自优越性,这样就会导致严重资源挥霍,不利于实际生产。只有在各个进给系统
之间参数密切配合才可以将每个进给系统性能发挥到极致,这样就有效地提高了资
源运用率,对实际生产才有益。
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87106665/bg2.jpg)
因而,进一步研究数控机床中伺服系统特性以及探寻测试数控机床机电匹配办
法、途径,并探讨数控机床机电匹配作用、地位,并定性、定量地分析系统增益匹
配对运动(加工)轨迹精度影响就显得尤为重要。只有对的结识进给系统特性以及
进给系统增益对轮廓加工精度影响,才可以采用有效办法提高整个数控系统整体性
能,服务于整个数控行业。
1.1 数控进给伺服系统特点
数控机床进给系统与普通机床不同。数控机床数控系统发出进给指令,经进给
电动机和驱动机构,使执行部件如刀架、工作台、主轴箱等按程序规定运动。数控
机床进给系统,按其控制方式,可分为开环、半闭环和闭环三类。开环系统构造简
朴,但是当载荷突然发生激烈变化时,也许导致执行部件运动误差。闭环系统可以
检查指令执行状况并及时反馈误差信息,因此精度较高。半闭环由于反馈装置装在
伺服电机或丝杠上,不能纠正丝杠误差以及受载后丝杠、轴承等变形,因此精度比
全闭环低。在大多数精度规定较高机床上都采用全闭环控制。但执行部件是一种质
量元件,传动机构是一种弹性元件,因而执行机构和传动机构构成一种振荡环节。
全闭环系统如果参数选得不适当,则有也许产生进给振荡。
数控系统发出进给位移和速度指令,通过转换和功率放大后,作为伺服驱动装
置输入信号,并控制其作某一速度和距离角位移和直线位移,从而驱动执行部件实
现给定速度和位移量。伺服驱动装置性能,在很大限度上影响机床进给系统品质,
因而,伺服驱动装置应满足如下规定。
①调速范畴宽:调速范畴是指最高进给速度与最低进给速度之比。在整个调速
范畴内,输出运动要有良好稳定性。普通调速范畴应不不大于 1:10000,并且低
速应当可以达到 0.1 r/min 如下。对于普通数控机床,其进给速度都在 1
mm/min~24000 mm/min 范畴之内,即调速范畴为:1:24000。在这一调速范畴内,
规定速度均匀、稳定、低速时无爬行,还规定当速度为 0 mm/min 时,伺服电机处
在电磁锁住状态,以保持定定位精度不变。
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87106665/bg3.jpg)
②位移精度高:即输出位移有较高精度,也就是实际位移与指令位移量之差
要小。当代数控机床位移精度普通为 0.01~0.001mm,甚至可以高至 0.1μm。
③稳定性好:即负载特性要硬,当负载发生变化或承受外界干扰时,输出速
度应基本不变,并且保持平稳均匀。当低速运动相加工时,应有足够负载能力和过
载能力。
④动态响应快:即有高敏捷度,达到最大稳态速度时间要短,普通规定在
200-100ms 以内,有时甚至规定不大于几十毫秒。动态响应快慢,反映了系统跟踪
精度高低,直接影响了轮廓精度高低和加工表面质量好坏。
出此之外,还规定静态、动态误差小,反向死区小,能频繁启、停和正反运动。
1.2 设计任务
本次毕业设计,笔者将完毕如下设计任务:
①建立数控机床进给系统数学模型,分析数控进给伺服系统特性;
②以数控直线加工状况为基本,定性分析数控机床中进给增益匹配作用;
③定量分析数控机床中进给系统增益匹配对运动(加工)轨迹精度影响;
④开发出基于 PC 分析测试软件,规定该软件具备数据采集、误差分析、数据
浏览、图形显示、成果分析等功能;
⑤撰写符合有关规定软件设计阐明书、使用阐明书和测试分析报告;
⑥撰写毕业设计阐明书。
1.3 总体方案
本次设计总体方案由理论分析某些和软件测试某些构成,总体方案图如下图
1.1 所示:
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87106665/bg4.jpg)
图 1.2 总设计方案图
如图 1.2 所示,由理论分析某些和软件设计某些构成,笔者将在 2 章简介理
论某些,在 3、4、5 章将对软件某些进行简介。总方案实现思路如下:
理论某些系统建模是特性分析基本,笔者将选用惯用进给系统构造进行建模,
然后对其进行传递函数推动,从而进行特性分析,最后通过定性和定量两个方面就
进给系统参数匹配对轮廓加工精度影响进行分析。
鉴于理论分析成果,为了提高其实际使用价值,并充分运用于实际生产过程
中,笔者将在 Windows XP 系统下基于 VC++开发环境设计一套系统进给增益匹配测
试软件,最后运用 PC 机接口电路采集位移数据对该软件进行检测,从而见证测试
软件实用性。
总方案详细实现细节请参看有关章节。
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87106665/bg5.jpg)
2 数控进给伺服系统
2.1 数控进给伺服系统构造原理
2.1.1 数控进给伺服系统构造
图 2.1 为采用全闭环控制数控机床进给伺服系统构造图,当前大某些高速机床
都采用与此类似控制构造。
图 2.1 数控机床进给伺服系统构造图
此种闭环进给系统采用感应同步器作为位置检测装置,涉及位置控制单元、位
置检测单元和速度控制单元等某些。位置检测单元测得执行部件实际位置
A
D
,位
置控制单元将位置指令
A
D
与
O
D
差值
DD
乘以增益常数
N
k
,经变换后,得到速度指
令电压
P
U
。将
P
U
与测速发电机反馈电压
C
U
差值
DD
通过速度控制器乘以增益常数
A
K
,得到伺服电机电枢电压
U
,它控制电机旋转速度。指令位置
O
D
与实际位置
A
D
相等时,也就是位置偏差值
DD
为 0 时,
P
U
与
U
均为 0,系统停止工作,执行部件
到达指令所规定位置。因此整个系统在偏差不为 0 时,始终处在不断凋整阶段,因
而,增益系数在整个进给过程中,对系统迅速到达指定位置起着至关重要作用。本
文将会针对进给系统增益系数匹配对加工精度影响做进一步进一步分析,那么,一
方面让咱们理解一下位置误差
DD
物理概念以及位置误差是如何产生。
2.1.2 位置误差
DD
深刻理解位置误差
DD
物理概念对数控进给系统性能分析至关重要,不妨假设
感应同步器
O
D
位置检测单元
测速发电机
交流伺服电机
位置控制单元
速度控制单元
DD
+
-
+
-
UD
U
P
U
N
k
N
k
N
U
N
D
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