數(shù)控機(jī)床一般由NC控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和反饋檢測(cè)系統(tǒng)3部分組成。數(shù)控機(jī)床對(duì)位置系統(tǒng)要求的伺服性能包括:定位速度和輪廓切削進(jìn)給速度;定位精度和輪廓切削精度;精加工的表面粗糙度;在外界干擾下的穩(wěn)定性。這些要求主要取決于伺服系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性。對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來說,總希望系統(tǒng)有較高的動(dòng)態(tài)精度,即當(dāng)系統(tǒng)有一個(gè)較小的位置誤差時(shí),機(jī)床移動(dòng)部件會(huì)迅速反應(yīng)。下面就位置控制系統(tǒng)影響數(shù)控機(jī)床加工要求的幾個(gè)方面進(jìn)行論述。
1、加工精度精度是機(jī)床必須保證的一項(xiàng)性能指標(biāo)。位置伺服控制系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度。因此位置精度是一個(gè)極為重要的指標(biāo)。為了保證有足夠的位置精度,一方面是正確選擇系統(tǒng)中開環(huán)放大倍數(shù)的大小,另一方面是對(duì)位置檢測(cè)元件提出精度的要求。因?yàn)樵陂]環(huán)控制系統(tǒng)中,對(duì)于檢測(cè)元件本身的誤差和被檢測(cè)量的偏差是很難區(qū)分出來的,反饋檢測(cè)元件的精度對(duì)系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用??梢哉f,數(shù)控機(jī)床的加工精度主要由檢測(cè)系統(tǒng)的精度決定。位移檢測(cè)系統(tǒng)能夠測(cè)量的最小位移量稱做分辨率。分辨率不僅取決于檢測(cè)元件本身,也取決于測(cè)量線路。在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床、尤其是高精度或大中型數(shù)控機(jī)床時(shí),必須精心選用檢測(cè)元件。所選擇的測(cè)量系統(tǒng)的分辨率或脈沖當(dāng)量,一般要求比加工精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)??傊?,高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測(cè)元件作為保證。例如,數(shù)控機(jī)床中常用的直線感應(yīng)同步器的精度已可達(dá)±0.0001mm,即0.1μm,靈敏度為0.05μm,重復(fù)精度0.2μm;而圓型感應(yīng)同步器的精度可達(dá)0.5N,靈敏度0.05N,重復(fù)精度0.1N。
2、開環(huán)放大倍數(shù)在典型的二階系統(tǒng)中,阻尼系數(shù)x=1/2(KT)-1/2,速度穩(wěn)態(tài)誤差e(∞)=1/K,其中K為開環(huán)放大倍數(shù),工程上多稱作開環(huán)增益。顯然,系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)是影響伺服系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)的重要參數(shù)之一。一般情況下,數(shù)控機(jī)床伺服機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)取為20~30(1/S)。通常把K20范圍的伺服系統(tǒng)稱為低放大倍數(shù)或軟伺服系統(tǒng),多用于點(diǎn)位控制。而把K20的系統(tǒng)稱為高放大倍數(shù)或硬伺服系統(tǒng),應(yīng)用于輪廓加工系統(tǒng)。假若為了不影響加工零件的表面粗糙度和精度,希望階躍響應(yīng)不產(chǎn)生振蕩,即要求是取值大一些,開環(huán)放大倍數(shù)K就小一些;若從系統(tǒng)的快速性出發(fā),希望x選擇小一些,即希望開環(huán)放大倍數(shù)~增加些,同時(shí)K值的增大對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度也能有所提高。因此,對(duì)K值的選取是必需綜合考慮的問題。換句話說,并非系統(tǒng)的放大倍數(shù)愈高愈好。當(dāng)輸入速度突變時(shí),高放大倍數(shù)可能導(dǎo)致輸出劇烈的變動(dòng),機(jī)械裝置要受到較大的沖擊,有的還可能引起系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。這是因?yàn)樵诟唠A系統(tǒng)中系統(tǒng)穩(wěn)定性對(duì)K值有取值范圍的要求。低放大倍數(shù)系統(tǒng)也有一定的優(yōu)點(diǎn),例如系統(tǒng)調(diào)整比較容易,結(jié)構(gòu)簡單,對(duì)擾動(dòng)不敏感,加工的表面粗糙度好。
3、提高可靠性數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化設(shè)備,如果發(fā)生故障其損失就更大,所以提高數(shù)控機(jī)床的可靠性就顯得尤為重要??煽慷仁窃u(píng)價(jià)可靠性的主要定量指標(biāo)之一,其定義為:產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi),完成規(guī)定功能的概率。對(duì)數(shù)控機(jī)床來說,它的規(guī)定條件是指其環(huán)境條件、工作條件及工作方式等,例如溫度、濕度、振動(dòng)、電源、干擾強(qiáng)度和操作規(guī)程等。這里的功能主要指數(shù)控機(jī)床的使用功能,例如數(shù)控機(jī)床的各種機(jī)能,伺服性能等。平均故障(失效)間隔時(shí)間(MTBF)是指發(fā)生故障經(jīng)修理或更換零件還能繼續(xù)工作的可修復(fù)設(shè)備或系統(tǒng),從一次故障到下一次故障的平均時(shí)間,數(shù)控機(jī)床常用它作為可靠性的定量指標(biāo)。由于數(shù)控裝置采用微機(jī)后,其可靠性大大提高,所以伺服系統(tǒng)的可靠性就相對(duì)突出。它的故障主要來自伺服元件及機(jī)械傳動(dòng)部分。通常液壓伺服系統(tǒng)的可靠性比電氣伺服系統(tǒng)差,電磁閥、繼電器等電磁元件的可靠性較差,應(yīng)盡量用無接觸點(diǎn)元件代替。
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