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伴随着现代电子技术、集成电路技术、计算机软硬件技术以及网络信息技术的高速发展,大量先进、功能强大的数控系统被广范使用到数控机床上,使得数控机床的控制功能更加强大,各种各样先进的数控机床设备如雨后春笋般出现。所使用的数控系统的种类也越来越多。使用数控机床的用户也越来越多,数控机床在比传统普通车床创造更高经济价值的同时,也推动了整个加工行业,特别是金属加工行业的大发展。数控机床中以数控车床居多,对于数控车床加工方面的研究,特别是数控车床的伺服控制及其相关调整方面的研究很多。伺服调整技术对提高数控机床的加工性能具有重要作用。数控车床的加工效果,受多方面因素影响。机械结构、组成数控车床的零部件质量、伺服控制、数控车床的装配质量等都是重要的影响因素。对于数控车床而言,由于其本身的经济性特点,使得数控车床的市场占有份額最大。目前很多伺服方面的研究,侧重于理论研究较多。有的针对伺服电机进行研究,研究伺服电机的结构特点;有的针对伺服驱动器进行研究。研究的内容重点以理论居多,对于伺服调整的实际应用方面的研究相对较少。
一、数控车床的特点与发展现状
作为数控机床家族中数量最多,应用最为广泛的数控车床,长期以来为用户创造了大量的价值。数控车床以其广泛的应用,较高的市场占有率,良好的性能,一直以来被认为是一款性价比极高的数控机床产品。数控车床主要是完成回转零件的表面加工。数控车床的结构并不复杂,包括车床床身、防护、数控系统、伺服进给系统、主轴部分、导轨、机械传动机构、逻辑控制刀架、液压部分、卡盘、台尾、对刀装置、传感检测设备等。伺服进给系统是数控车床非常重要的部分,是数控车床完成加工的重要运动控制核心部分,也是本文的研究核心。伺服进给系统主要包括伺服驱动器、伺服电机、丝杠、导轨、减速机、滑板滑鞍、电机支撑架、联轴器、位置检测反馈光栅尺等。在数控系统的控制下,伺服系统按照指定的CNC指令要求,进行相关的运动、检测,通过驱动电气部分电路和电机,按照CNC要求的各种位移指令,完成插补切削。数控车床比普通车床的优势之处就在于其具有数控系统以及伺服系统。
现阶段,我国各种数控车床设备都能够制造生产。我国制造的数控车床设备一部分处于世界的领先地位,一部分却要落后世界同行业的国家达到10到15年。值得欣慰的、是,这种情况在不断地发展变化,近些年来我国的数控车床制造行业发展迅猛,并且己经出现了很多可喜的成果。作为国内机床行业的领军企业—沈阳机床集团,成功的收购了具有100多年机床制造发展史的、世界著名的德国希斯机床公司,其意义重大。
二、数控车床伺服系统调整的叙述
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、X轴、Z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、X轴、Z轴。作为数控车床完成插补加工的主要机构—X轴、Z轴伺服的研究,长久以来一直是众多伺服研究的重要内容。
早期的数控车床的两轴电机为步进电机,步进电机的控制属于开环控制,没有反馈,往往由于丢脉冲等问题,带来加工尺寸的偏差与不稳定。而现代伺服的控制基本已经发展为伺服驱动控制。伺服控制的特点是增加了电机的反馈,加之伺服电机编码器的精准分度,使得对于伺服电机的反馈控制更加精确。这就构成了半闭环控制。
如果再给伺服轴加装光栅尺,就可以形成全闭环控制,这种控制精度更加准确。从理论上,可以达到非常高的控制精度。但在实际应用中,全闭环的控制由于受成本的制约,使用的不多,大多数数控车床,特别是市场占有率最高的经济型数控车床,主要使用的就是半闭环控制。在半闭环控制方式下,如何使数控系统、伺服驱动器完成对伺服电机的控制能够适应外部机械结构的差异,达到最好的加工效果,就成为伺服调整中电气优化调整的重点。
三、数控车床的伺服系统调整特点与发展现状
数字控制机床—数控机床,它是一种使用编制好的加工程序自动进行加工的机电设备。数控机床的种类非常多,除了包括数控车床、数控磨床、数控锉床、数控刨床、数控铣床、数控立式车床等完成单一加工的数控机床外,还包括立式车铣加工中心、卧式铣键加工中心、龙门键铣加工中心、数控车铣锉加工中心、数控纵切机床等完成复合加工的数控机床设备。此外,在近些年来新兴的电火花机床、激光切割机、水切割机床、线切割机床、并联数控机床、自动化复合机床生产线等,也发展得很快。一体化”
数控机床与普通机床相比,具有很多优点:由于数控系统可以对零件的加工过程进行细致入微的程序编程,因此对加工对象改变与转换的适应性更强,其特点决定了它尤其适合某些复杂单件零件的加工。由于控制上已不再采用机械光杠等传动,而是采用先进的伺服控制,这就有效的保证了很高的加工精度和相对非常稳定的加工质量。
数控机床加工的另一个显著特点是,可以完成以往普通机床的无法完成的复杂加工。由于采用数控编程,使数控机床的加工更加适合频繁更换零件的加工,新的用户订单需要加工不同的零件,只需对程序进行修改即可。同时又可以将编好的程序复制给其他机床,可以对多台机床同时改动程序,便于使用数控机床扩大零件的批量生产。由于数控机床的设计及控制特点,使得数控机床的控制自动化程度非常高,这样与普通车床相比,有效的减轻了操作者的劳动强度。
现代的数控系统,在文本文件的处理、接口传输、代码处理等问题上具备通用性,这就方便了很多工厂管理系统与机床的组网管理和监控,提高了生产自动化程度。结构复杂,对数控机床的保养维护人员的维护技能提出了新的标准。由于数控机床的设计逐渐完善,PLC控制程序的应用日趋成熟,以及大量检测设备、先进传感器的应用,使得数控机床的控制和使用变得更加可靠与完善。
目前伺服的调整与研究的文章相对较多,但从实际加工角度、实验测试的角度进行的分析与研究却并不多。伺服与传统的模拟量进给控制的优势比较也非常明显。
这就使得伺服调整研究的意义更加明显。从机械结构上分析伺服机构,或从电机模型入手,分析电机的特点,进而研究针对电机的相关控制。从研究的方向上看,目前伺服研究的发展状况,仅仅针对一个方向,一个学科居多。研究的内容基本以纯理论或理想理论模型居多。这样一方面,使伺服的研究被局限与一个很窄的层面,或被束缚在理论层面;另一方面,理论与实际存在很大差异的,不能够经得起实践验证的理论是没有实用价值的。而在生产实际中,无论是数控车床的制造厂,还是最终用户,都要面对各种各样的实际加工问题。
一、数控车床的特点与发展现状
作为数控机床家族中数量最多,应用最为广泛的数控车床,长期以来为用户创造了大量的价值。数控车床以其广泛的应用,较高的市场占有率,良好的性能,一直以来被认为是一款性价比极高的数控机床产品。数控车床主要是完成回转零件的表面加工。数控车床的结构并不复杂,包括车床床身、防护、数控系统、伺服进给系统、主轴部分、导轨、机械传动机构、逻辑控制刀架、液压部分、卡盘、台尾、对刀装置、传感检测设备等。伺服进给系统是数控车床非常重要的部分,是数控车床完成加工的重要运动控制核心部分,也是本文的研究核心。伺服进给系统主要包括伺服驱动器、伺服电机、丝杠、导轨、减速机、滑板滑鞍、电机支撑架、联轴器、位置检测反馈光栅尺等。在数控系统的控制下,伺服系统按照指定的CNC指令要求,进行相关的运动、检测,通过驱动电气部分电路和电机,按照CNC要求的各种位移指令,完成插补切削。数控车床比普通车床的优势之处就在于其具有数控系统以及伺服系统。
现阶段,我国各种数控车床设备都能够制造生产。我国制造的数控车床设备一部分处于世界的领先地位,一部分却要落后世界同行业的国家达到10到15年。值得欣慰的、是,这种情况在不断地发展变化,近些年来我国的数控车床制造行业发展迅猛,并且己经出现了很多可喜的成果。作为国内机床行业的领军企业—沈阳机床集团,成功的收购了具有100多年机床制造发展史的、世界著名的德国希斯机床公司,其意义重大。
二、数控车床伺服系统调整的叙述
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、X轴、Z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、X轴、Z轴。作为数控车床完成插补加工的主要机构—X轴、Z轴伺服的研究,长久以来一直是众多伺服研究的重要内容。
早期的数控车床的两轴电机为步进电机,步进电机的控制属于开环控制,没有反馈,往往由于丢脉冲等问题,带来加工尺寸的偏差与不稳定。而现代伺服的控制基本已经发展为伺服驱动控制。伺服控制的特点是增加了电机的反馈,加之伺服电机编码器的精准分度,使得对于伺服电机的反馈控制更加精确。这就构成了半闭环控制。
如果再给伺服轴加装光栅尺,就可以形成全闭环控制,这种控制精度更加准确。从理论上,可以达到非常高的控制精度。但在实际应用中,全闭环的控制由于受成本的制约,使用的不多,大多数数控车床,特别是市场占有率最高的经济型数控车床,主要使用的就是半闭环控制。在半闭环控制方式下,如何使数控系统、伺服驱动器完成对伺服电机的控制能够适应外部机械结构的差异,达到最好的加工效果,就成为伺服调整中电气优化调整的重点。
三、数控车床的伺服系统调整特点与发展现状
数字控制机床—数控机床,它是一种使用编制好的加工程序自动进行加工的机电设备。数控机床的种类非常多,除了包括数控车床、数控磨床、数控锉床、数控刨床、数控铣床、数控立式车床等完成单一加工的数控机床外,还包括立式车铣加工中心、卧式铣键加工中心、龙门键铣加工中心、数控车铣锉加工中心、数控纵切机床等完成复合加工的数控机床设备。此外,在近些年来新兴的电火花机床、激光切割机、水切割机床、线切割机床、并联数控机床、自动化复合机床生产线等,也发展得很快。一体化”
数控机床与普通机床相比,具有很多优点:由于数控系统可以对零件的加工过程进行细致入微的程序编程,因此对加工对象改变与转换的适应性更强,其特点决定了它尤其适合某些复杂单件零件的加工。由于控制上已不再采用机械光杠等传动,而是采用先进的伺服控制,这就有效的保证了很高的加工精度和相对非常稳定的加工质量。
数控机床加工的另一个显著特点是,可以完成以往普通机床的无法完成的复杂加工。由于采用数控编程,使数控机床的加工更加适合频繁更换零件的加工,新的用户订单需要加工不同的零件,只需对程序进行修改即可。同时又可以将编好的程序复制给其他机床,可以对多台机床同时改动程序,便于使用数控机床扩大零件的批量生产。由于数控机床的设计及控制特点,使得数控机床的控制自动化程度非常高,这样与普通车床相比,有效的减轻了操作者的劳动强度。
现代的数控系统,在文本文件的处理、接口传输、代码处理等问题上具备通用性,这就方便了很多工厂管理系统与机床的组网管理和监控,提高了生产自动化程度。结构复杂,对数控机床的保养维护人员的维护技能提出了新的标准。由于数控机床的设计逐渐完善,PLC控制程序的应用日趋成熟,以及大量检测设备、先进传感器的应用,使得数控机床的控制和使用变得更加可靠与完善。
目前伺服的调整与研究的文章相对较多,但从实际加工角度、实验测试的角度进行的分析与研究却并不多。伺服与传统的模拟量进给控制的优势比较也非常明显。
这就使得伺服调整研究的意义更加明显。从机械结构上分析伺服机构,或从电机模型入手,分析电机的特点,进而研究针对电机的相关控制。从研究的方向上看,目前伺服研究的发展状况,仅仅针对一个方向,一个学科居多。研究的内容基本以纯理论或理想理论模型居多。这样一方面,使伺服的研究被局限与一个很窄的层面,或被束缚在理论层面;另一方面,理论与实际存在很大差异的,不能够经得起实践验证的理论是没有实用价值的。而在生产实际中,无论是数控车床的制造厂,还是最终用户,都要面对各种各样的实际加工问题。