数控精密冷辗环机伺服进给系统的刚度分析
进给系统压缩及扭转刚度对冷辗环机进给误差的影响
摘 要 ： 绍 了 Ｄ５ Ｇ ０型 数 控 精 密 冷 辗 环 机 伺 服 进 给 系 统 的 结 构 和 工 作 原 理 ； 立 了进 给 系 统 轴 向压 缩 介 ６ ９ 建
刚 度 及 扭 转 刚度 的 力 学 模 型 ； 析 了压 缩 刚度 和 扭 转 刚 度 对 冷 辗 环 机 进 给 系 统 进 给 误 差 的 影 响 ； 导 出其 相 分 推 应 的 刚 度 计 算 式 以及 进 给 系 统 总 进 给 误 差 。 对 提 高 冷 辗 环 件 的 成 形 精 度 以 及 控 制 系 统 的 稳 定 性 具 有 一 定 的
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文 章 编 号 ： ６ ２ ０ ２ （ ０ ８） ３ ０ ７ — ３ １ ７ — １ １２ ０ ０ — ０ ０ ０
进 系 压 及 转 Ｉ对 辗 机 给 差 影 给 统 缩 扭 冈 冷 环 进 误 的 响 Ｊ 度
华 林 ，张 金 ，阮 维
（ 汉理 工大 学 材 料 学院 ， 汉 ４０ ７ 武 武 ３ ０ ０）
优 点 ［ 特别 是 冷辗 件 的高精 度 ， 够 显 著 地减 少 后 １ 】 ， 能 续 机 加 工 ，这 就 需 要 保 证 作 为 冷 辗 技 术 核 心 设 备 的
冷辗 环机 具有 相应 的 高精度 。冷 辗环 机 的进 给系 统
提 供 了轧 制 所 需 的 轧 制 力 ， 而 环 件 成 形 所 需 的 塑 性
进 行 补 偿 与 控 制 。目前 ， 多 数 研 究 都 是 从 辗 环 工 艺 大 角 度 来 提 升 轧 制 精 度 ，但 是 冷 辗 环 机 的 进 给 系 统 的
轴 向压 缩 与 扭 转 变 形 引 起 的 定 位 误 差 对 轧 制 定 位 精 度 有 较 大 的 影 响 ， 对 这 种 影 响 的研 究 还 是 空 白 。 而 为 此 ，本 文 对 进 给 系 统 的 多 自由 度 刚 度 和 变 形 进 行 了 深 入 研 究 ，以 期 揭 示 进 给 系 统 变 形 对 进 给 误 差 影 响
大型辗环机轴向轧制机构设计与刚度分析_大学论文
1前言1.1环件轧制的过程及优点环件轧制是借助环件轧机和轧制孔型使环件产生连续局部塑性变形，进而实现壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺，它适用于生产各种形状尺寸的环形机械零件[1]。
在环件轧制过程中，环件通过主辊驱动旋转，芯辊以一定的速度匀速趋近于大直径的主辊，使环件的壁厚减薄，直径增大，实现环件的径向轧制。
轴向轧制机构的上锥辊缓慢向下移动，同时，整个随动机架根据环件外径变化作水平移动，完成环件的轴向轧制，使加工好的环件端面平整。
与传统的模锻工艺相比，有许多显著优点。
（1）设备吨位小，加工范围大。
辗环成形过程是局部加压连续小变形的累计，工件与模具的接触面积小，因此需要的变形力小，设备吨位小。
（2）材料利用率高。
环件轧制的截面形状更接近于成品，加工余量小。
（3）产品质量好。
轧制环件的金属纤维沿圆周方向连续分布，与零件使用时的受力及磨损相适应。
多数情况下，轧制环件内部组织致密、晶粒细小，综合机械性能明显高于其它方法加工的环件。
（4）劳动条件好，生产率高。
环件轧制类似静压轧制，基本无冲击、振动，噪声低，易于操作，机械化、自动化程度高，工人劳动强度大幅降低。
（5）生产成本低。
与自由锻相比，材料消耗低，能源消耗低，综合生产成本低，具有较好的经济效益。
1.2国内外研究现状环件轧制技术是伴随着铁路运输业而发展的。
环件轧制的研究距今已经有一百多年的历史, 在早期的研究中还是以径向轧制为主。
，英国学者W.Johnson等在20世纪60年代首先开展了环件轧制实验研究[1]。
1973年，Hawkyard在UMIST实验室安装了一台专用的环件试验轧机[2]。
1976年，Mamalis用测压针方法研究了不同材料在不同的孔型中轧制时单位压力的分布情况，得出轧制过程中在变形区入口附近的单位压力迅速升高并达到峰值，随后缓慢降低，在轧辊连心线附近单位压力曲线会出现拐点的规律。
1979年以来，Hawkyard深入分析了异形截面环轧时金属在各种孔型中的流动特性，观察了压下速度、摩擦条件、环坯形状及孔型尺寸变化对环件截面变化的影响，其目的在于提高孔型的充满率[2]。
基于Bode图的数控转台伺服动刚度分析方法
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关 键词 ： Ｍａ ｔ ｌFra bibliotekａ ｂ Ｂ ｏ ｄ ｅ图 伺 服动 刚度
中图分 类号 ： Ｔ Ｍ７ ６ ２ 文献标 识码 ： Ａ
控 制 系统参 数
直接 驱动
数 控转 台
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数控机床刚度与稳定性研究论文
数控机床刚度与稳定性研究论文在现代制造业中，数控机床已成为不可或缺的工具。
然而，随着对产品质量和生产效率要求的不断提高，数控机床的刚度和稳定性问题日益凸显。
本论文旨在研究数控机床的刚度与稳定性，并探讨如何提高其性能，以满足工业生产的需求。
1. 引言随着现代制造技术的进步，数控机床在各个领域得到了广泛应用。
然而，由于数控机床的刚度与稳定性限制，使得其在高速加工、精密加工和重负荷加工等方面存在一定的局限性。
因此，研究数控机床的刚度与稳定性问题具有重要的现实意义。
2. 数控机床刚度的影响因素数控机床的刚度受多种因素的影响，包括机床结构刚度、传动系统刚度、切削过程刚度等。
本节将逐一介绍这些因素对数控机床刚度的影响。
2.1 机床结构刚度机床结构刚度是数控机床刚度的基础，对整个机床的刚度起着决定性的作用。
机床结构刚度受材料、几何形状和焊接工艺等因素的影响。
2.2 传动系统刚度传动系统刚度直接影响着数控机床的位置精度和运动平滑性。
传动系统刚度受传动装置、传动链条松弛以及传动元件的材料和制造工艺等因素的影响。
2.3 切削过程刚度切削过程刚度指的是数控机床在切削负荷下的刚度性能。
切削过程刚度受切削力、刀具刚度以及材料刚度等因素的影响。
3. 数控机床稳定性的研究方法数控机床的稳定性是指机床在运动过程中不发生振动，能够保持加工精度的性能。
为了研究数控机床的稳定性，人们采用了多种方法进行分析和评估。
3.1 实验方法实验方法是通过搭建实验平台，测量和记录数控机床的振动响应，以获得稳定性指标的一种方法。
通过实验方法可以获得较为直观的稳定性数据，为后续的优化设计提供依据。
3.2 数值仿真方法数值仿真方法是通过建立数学模型，利用计算机仿真软件模拟数控机床的振动和稳定性行为。
数值仿真方法可以更全面地分析机床的稳定性问题，得到详细的数值结果。
4. 改进数控机床刚度与稳定性的方法为了提高数控机床的刚度和稳定性，人们提出了多种改进方法。
数控机床刚性与稳定性分析与优化策略
数控机床刚性与稳定性分析与优化策略数控机床是现代制造业中不可或缺的重要设备，其刚性和稳定性对于加工质量和效率至关重要。
本文将从分析数控机床刚性和稳定性的意义入手，探讨其影响因素，并提出相应的优化策略。
一、数控机床刚性与稳定性的意义数控机床的刚性和稳定性是保证加工精度和加工效率的重要因素。
刚性指的是机床在加工过程中抵抗变形的能力，而稳定性则是指机床在运行过程中保持稳定状态的能力。
只有具备足够的刚性和稳定性，机床才能准确地执行加工指令，确保加工零件的精度和表面质量。
因此，分析和优化数控机床的刚性和稳定性对于提高加工质量和效率具有重要意义。
二、数控机床刚性与稳定性的影响因素1. 结构设计：数控机床的结构设计直接影响其刚性和稳定性。
合理的结构设计可以减小机床的变形和振动，提高其刚性和稳定性。
例如，在机床的主轴箱和床身等关键部位采用强度高、刚性好的材料，可以有效提高机床的刚性和稳定性。
2. 加工精度：数控机床的加工精度对其刚性和稳定性有直接影响。
加工精度越高，机床在加工过程中的变形和振动越小，刚性和稳定性也就越好。
因此，提高数控机床的加工精度是提高其刚性和稳定性的重要手段之一。
3. 控制系统：数控机床的控制系统对其刚性和稳定性也有重要影响。
控制系统应具备高精度、高响应速度和良好的抗干扰能力，以确保机床能够准确地执行加工指令，并在运行过程中保持稳定状态。
三、数控机床刚性与稳定性的优化策略1. 结构优化：通过优化机床的结构设计，可以提高其刚性和稳定性。
例如，在关键部位增加加强筋、加大结构件的尺寸等，可以增强机床的抗变形能力，提高其刚性。
此外，还可以采用减振措施，如在机床床身上安装减振垫片等，以减小机床的振动，提高其稳定性。
2. 加工精度提升：通过提高数控机床的加工精度，可以减小机床的变形和振动，提高其刚性和稳定性。
为了提高加工精度，可以采取以下措施：提高机床的装配精度，加强机床的润滑和冷却系统，减小切削力等。
数控机床伺服系统刚度对定位精度影响的研究
数控机床伺服系统刚度对定位精度影响的研究作者：张小红来源：《读写算》2014年第43期【摘要】数控机床的定位精度是衡量伺服系统刚度的重要标准之一，笔者通过研究数控机床定位精度的不同因素，尤其注重研究伺服系统的刚度影响数控机床定位精度的因素，分析其内在关联，为改善数控机床伺服系统的刚度以提高定位精度寻找改良方法。
【关键词】数控机床；伺服系统；定位精度；影响；一、绪论传统的数控机床工作空间小、数控体统运行稳定性弱、刚性不强，不能够胜任于复杂的曲面加工对象，使得数控机床的加工精度和加工质量达不到理想的效果。
伺服系统是一类具有结构发杂稳定、运作高效、控制精确特点的高精密机电系统，笔者以新型的并联数控机床为研究对象，分析伺服系统的参数匹配，伺服进给系统机电耦合对机构运动的制约机制的相关机理，为处理数控机床因机电耦合差误而导致的加工精度无法满足要求、运作可靠性低的问题提供解决依据。
研究小组以提高数控机床性能和生产力水平为目标，研究一种适用范围广的曲面复杂加工的串并联机机构，综合研究机床机构构型、运动副类型、连接元件以及可靠性不高的等难题，找出影响伺服系统刚度对定位精度的制约因素，精确化数据机床实际加工范围。
二、数控机床伺服系统概念数控机床伺服系统是数控机床的“执行体”，数控机床通过其“大脑”--CNC装置，CNC装置通过“发号指令”指挥伺服系统工作。
伺服系统忠实并精准地执行数据机床中CNC装置输出的的插补命令，是数据机床的重要组成部分。
数控机床伺服系统通过工作台、主轴或者刀具等移动部件，自动控制机械运行速度，也被称为随动系统或拖动系统。
伺服系统作为联系机床的关键环节，一定程度上影响数控机床的精度、跟踪精度和工作台的移动速度等运行技术的指标。
一般情况可将数据机床伺服系统分为开环和闭环两类，步进电动机是开环系统的控制对象，闭环系统的控制对象为直流伺服电动机或交流伺服电动机。
CNC装置根据开环环节只有前想通路的特性，放大功率后生成插补脉冲经直接控制电动机的转动，在此运行环节当中，脉冲频率控制步进电动机的运动速度，在步进电动机轴上或工作台上输出脉冲数量控制其位移，收集反馈信息。
数控机床主轴的抗扭刚度分析
数控机床主轴的抗扭刚度分析1. 引言数控机床主轴是机床的核心部件之一，承担着传动力和工件加工的重要任务。
主轴的扭转刚度是其性能评价的关键指标之一。
本文将对数控机床主轴的抗扭刚度进行详细分析和探讨。
2. 数控机床主轴的结构和工作原理数控机床主轴一般由主轴轴承、主轴箱、主轴电机等部分组成。
其工作原理是通过主轴轴承和主轴箱中的传动装置将电机传来的动力转化为主轴的旋转动力，用于工件的加工。
3. 数控机床主轴的受力分析在机床加工过程中，主轴受到来自切削力和惯性力的作用。
切削力引起的扭矩会导致主轴发生弯曲变形，而惯性力则引起主轴的振动。
这些力对主轴的扭转刚度提出了很高的要求。
4. 数控机床主轴的抗扭刚度计算主轴的抗扭刚度可以通过有限元分析方法进行计算。
通过建立主轴的有限元模型，确定主轴材料的物理参数和边界条件，可以得到主轴在工作过程中的变形情况，并进而计算出主轴的抗扭刚度。
5. 影响数控机床主轴抗扭刚度的因素数控机床主轴抗扭刚度的大小受到多种因素的影响。
主要包括主轴箱的结构设计、主轴轴承的选型和装配精度、主轴的刚度设计等。
只有在这些因素都得到合理的处理和控制，才能确保数控机床主轴的抗扭刚度满足要求。
6. 提高数控机床主轴抗扭刚度的方法为了提高数控机床主轴的抗扭刚度，可以采取多种方法。
例如，选择合适的主轴轴承和材料，提高主轴箱的刚度和精度，合理设计主轴结构等。
这些方法都可以有效地提高数控机床主轴的抗扭刚度。
7. 数控机床主轴抗扭刚度的优化设计在数控机床主轴的设计过程中，应充分考虑主轴的抗扭刚度要求，并进行相应的优化设计。
通过使用优化设计方法，可以最大限度地提高数控机床主轴的抗扭刚度，提升机床的加工精度和效率。
8. 结论数控机床主轴的抗扭刚度是影响机床性能的重要指标之一。
通过对主轴受力分析、抗扭刚度计算和相关因素的分析，可以有效地提高数控机床主轴的抗扭刚度。
在数控机床主轴的设计中，优化设计方法的应用可以进一步提升主轴的性能和机床的加工效率。
数控机床中伺服系统现状分析(doc 5)
数控机床中伺服系统现状分析(doc 5)数控机床中伺服系统的现状分析一、概述伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。
这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。
具体在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放调与整大后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。
作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。
数控机床中的伺服系统种类繁多，本文通过分析其结构及简单归分，对其技术现状及发展趋势作简要探讨。
二、伺服系统的结构及分类从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机（图1）。
控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量；功率驱动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，调节电动机转矩的大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电；电动机则按供电大小拖动机械运转。
图1 伺服系统的结构图1 伺服系统的结构图1中的主要成分变化多样，其中任何部分的变化都可构成不同种类的伺服系统。
如根据驱动电动机的类型，可将其分为直流伺服和交流伺服；根据控制器实现方法的不同，可将其分为模拟伺服和数字伺服；根据控制器中闭环的多少，可将其分为开环控制系统、单环控制系统、双环控制系统和多环控制系统。
考虑伺服系统在数控机床中的应用，本文首先按机床中传动机械的不同将其分为进给伺服与主轴伺服，然后再根据其它要素来探讨不同伺服系统的技术特性。
进给系统刚度对数控机床死区误差影响
当采取 消隙措施后 ， 死区误差可近视认为是 由 摩擦死区组成， 即
△：
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而 Ｋ （＋ ） ＝ 号 ＝
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・
数控加工技术 ・
陈振玉
进给系统刚度对数控机床死区误差影响
４ ９
进 给 系统 刚度 对 数控 机床 死 区误 差 影 响
陈振 玉
（ 南通纵横国际股份有限公司 ， 江苏 南通 ２ ６０ ） ２０６ 摘要 ： 通过一端 固定安装和 两端固定安装两种方式分别建立力学模型， 针对数控机床 半闭环机构 系统地阐述了机床进给系统死 区误差来源， 定义了死 区误差 ， 分析 了进给 系统的拉压 刚度和扭转 刚度对死 区误差影响， 通过 实例分析 ， 验证 了死区误差的来源， 出了减小死区误差的改进措施。 提
执行 部 件
１ 死 区误差 （ 灵敏 区） 不 的来源
所谓死区误差 ， 即传动系统启 动或反向时产生 的输入运动与输 出运动之间的差值 。在 闭环数控
６ ： 扭转变形
Ａ Ｌ： 拉压变形
图 １ 半 闭环伺服机构等效 图
机械传动装置 间隙造成 的死 区误差 ， 等于
各传动副间隙折算到工作 台上的间隙之和， 即：
统 的间 隙 ；２ 为 克 服 摩 擦 力 而 产 生 的摩 擦 死 区 ； （）
的前提 。合理设计伺 服进给系统传动链是确保机 床高可靠性 、 高稳定性 、 高精度 、 高品质的必要 条
件。
目前 ， 数控机床 、 加工 中心以半闭环控制为主 ， 由于数控系统在进给传动系统没有位置检测反馈 ，
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数控机床技术中的机床强度与刚性分析
数控机床技术中的机床强度与刚性分析数控机床作为现代制造业中不可或缺的设备，其稳定性、精确性以及加工效率都直接关系到产品质量和生产效益。
而机床强度和刚性作为数控机床的重要指标，对于机床的性能、加工精度和寿命都具有决定性的影响。
机床强度是指机床在受力作用下，能够承受的最大载荷及其变形程度。
而机床刚性则是指机床在受力作用下的变形量与受力的比值。
这两个指标影响着机床加工时的动态和静态刚性以及加工精度。
机床强度和刚性的分析需要考虑到机床受力情况以及机床结构的特点。
首先，机床受力主要来自工件加工过程中的切削力、惯性力和外部载荷。
这些力会产生扭转力矩、弯曲力矩和拉力等。
机床的床身、立柱、主轴箱等部件会在加工过程中承受这些力。
因此，机床的各个部件的强度要足够，以保证不发生塑性变形或破裂。
其次，机床的刚性分析是在机床受力下，预测机床在工作过程中的形变情况，在一定加工条件下保持稳定性和加工精度。
刚性较好的机床能够减小由于切削力和惯性力引起的振动和形变，并保持工件上的位置和形状不受影响。
机床的刚性取决于机床结构和材料的选择。
为了保证机床的强度和刚性，可以采取以下几种措施。
首先，对机床的结构进行优化设计，强度计算和刚性仿真分析。
通过计算机辅助工程软件，包括有限元分析和应力分析等工具，可以确定机床的设计是否满足强度和刚性的要求。
在设计阶段，考虑到机床的整体刚性和热变形，可以采用适当的增强策略，如加增刚性梁、加厚床身等。
其次，选用高强度和高刚性材料作为机床的零部件。
例如优质合金钢、球墨铸铁等材料具有优异的机械性能，可以提高机床的强度和刚性，减小变形。
同时，材料的选择还应考虑耐磨性和耐热性等特点，以满足机床长时间运行的要求。
另外，合理设计机床的结构形式，包括床身结构、支撑形式和导轨类型等。
床身结构的合理性直接关系到机床的刚性和稳定性。
加工负载大的机床常采用箱式结构或硬脊柱结构。
支撑形式应具有良好的刚性，以防止机床在切削过程中的振动。
D56G90冷辗环机机架刚度分析
Ｄ５ Ｇ ０冷辗 环机机 架 刚度 分析 六 ６９
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影响直接驱动数控转台伺服刚度的因素分析
影响直接驱动数控转台伺服刚度的因素分析0 引言数控转台的传统驱动方式通常是旋转伺服电动机加齿轮、齿轮齿条副及蜗杆齿轮副等，由于存在机械传动链，虽有较好的静态刚度，但在完成启动、加速、减速、反转及停车等运动时，会产生弹性变形、摩擦和反向间隙等，造成机械振动、运动响应慢、动态刚度差及其他非线性误差，难以实现高精度加工。
直接驱动技术在一定程度上解决了上述问题，它消除了中间传动环节，具有推力大、响应速度快、加速度及定位精度高等特点，但干扰信号将无缓冲地作用在电机上，使系统易受负载扰动及参数变化等不确定性的影响，以及系统中参数摄动范围较大等，这大大降低了系统的抗干扰性能和跟随性能，同时也对控制器提出了更苛刻的要求。
为了分析负载扰动及参数变化对系统的影响，提高系统伺服刚度，建立系统的传递函数及由干扰输入引起的位置输出的传递函数模型，利用Matlab软件对模型进行了仿真，通过Bode图分析负载扰动及参数变化对系统伺服刚度的影响规律，进而可以有针对性地进行参数整定，从而提高系统的抗干扰性能。
1 干扰输入引起的位置输出的传递函数框图在数控伺服控制系统中，使用诞生于20世纪的PID调节器来实现其自动控制是一种经典的运用。
PID控制原理简单，容易实现，稳态无静差。
因此长期以来广泛应用于工业过程控制，并取得了良好的控制效果。
基于PID控制的永磁同步电机转台伺服系统包括电流环、速度环和位置环三层控制环节，综合电流环、速度环和位置环的控制结构图，适当简化后，得到控制系统传递函数框图如图1所示。
其中控制系统参数分别是：位置环比例增益K0、速度环比例增益K p速度环积分时间常数T n电流环比例增益K i、转矩系数K f、系统转动惯量J以及粘滞阻尼系数B。
图1控制系统传递函数框图PID控制系统的最内环为电流环，考虑到电流环一般以其跟随性能要求为主，抗干扰作用不是主要因素，所以通常将电流环校正为典型I型系统，按照“二阶最佳”设计选取K i得到参数整定后的电流环传递函数，如控制系统传递函数框图中所示，电2 系统伺服刚度分析伺服刚度即系统受到的干扰力矩与干扰力矩引起的位置误差之比，也就是输入为零时的干扰力矩与干扰力矩引起的输出之比，即干扰到输出传递函数的倒数，系统伺服刚度越高，其抵抗干扰的能力就越强，表现在Bode图中，即伺服刚度越高，系统干扰所引起的输出偏差越小，系统在相同频率干扰下bode图的幅值越低。
数控机床的伺服性能及其可靠性分析
min
min DK
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v t 速度而言
的取值是受到 的约束
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一个较好的伺服系统 调速范围 Ｄ 往往可达到 ８００ １０００ 当今最先进的水平是在脉冲当量
＝ｌ µ ｍ 的条件下 进给速度从 ０ ２４０ｍ ｍｉｎ 范围内连续可调
４ 伺服系统的可靠性
数控机床是一种高精度 高效率的自动化设备 如果发生故障其损失就更大 所以提高数控机 床的可靠性就显得更为重要 可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一 其定义为 产品在规定条件下和规定时间内 完成 规定功能的概率 对数控机床来说 它的规定条件是指其环境条件 工作条件及工作方式等 例如 温度 湿度 振动 电源 干扰强度和操作规程等 这里的功能主要指数控机床的使用功能 例如 数控机床的各种机能 伺服性能等 平均故障 失效 间隔时间 ＭＴＢＦ 是指发生故障经修理或更换零件还能继续工作的可修复设 备或系统 从一次故障到下一次故障的平均时间 数控机床常用它作为可靠性的定量指标 由于数 控装置采用微机后 其可靠性大大提高 所以伺服系统的可靠性就相对突出 它的故障主要来自伺 服元件及机械传动部分 通常液压伺服系统的可靠性比电气伺服系统差 电磁阀 继电器等电磁元 件的可靠性较差 应尽量用无接触点元件代替
ｐｈａｓｅ ｓｅｒｖｏ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ＩＥＥＥ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ｖ ２ ２００１． ９８１ ９８７ （ＩＥＥＥ ｃａｔ ｎ ０１ＣＨ３７２４８） ３ Ｊｕａｎｇ， Ｊｙｈ－Ｃｈｉｎｇ Ｓｈｅｕ， Ｊｉａ－Ｓｈｉｎｇ Ｏｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｓｐｅｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｃ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍｓ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ，ｖ ８ ｎ ６ Ｎｏｖ ２０００． ｐ ９７１ ９７８ ４ 舒志兵，李俊．ＰＷＭ 电压型逆变器的数学模型分析［Ｊ］． 南京化工大学学报 ２００１ ２３ ５ ６１ ６３
数控机床进给系统传动刚度变化对运动精度稳定性的影响规律
0
前言
数控机床进给系统由机械系统、伺服控制和数 [1] 控装置三部分构成 。数控机床的运动精度是数控 指令与运动轴实际运动的符合程度。运动精度通过 稳态误差、瞬态误差等进行评价，反映了运动过程
* 国家重点基础研究发展计划(973 计划，2009CB724407)和国家自然科学基 金(51235009)资助项目。20131222 收到初稿，20140722 收到修改稿
本节首先建立双惯量-弹簧机械系统模型， 求得 机械系统开环传递函数。然后利用上述模型求得进 给系统的闭环传递函数。与相关文献中闭环建模方 [4, 7, 9] 法 不同的是， 本文明确地给出了半闭环/全闭环 不同控制结构下的闭环传递函数。
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机
械
工
程
学
报
B B J1 B J2 SK SJ1 SK SJ2 SK
1.1
双惯量-弹簧机械系统模型
数控机床进给系统机械部分的传动结构由电 机转子、联轴器、丝杠、工作台等构成(图 1a)。
图1
进给系统机械部分结构与动力学模型
为突出传动刚度变化的影响，采用图 1b 所示 的双惯量-弹簧模型，其中 m1 为电机转子与丝杠转 m2 为工作台质 动惯量折算到移动方向的等效质量， K c 量， 、 分别为等效传动刚度与阻尼，Fs 为等效伺 x1 、 v2 、 x2 分别为 m1 与 m2 的速度与位移。 服推力,v1、 伺服力输入作用下的开环传递函数如下 ( 式 (1) 、 [9] (2)) ，其中 GJ1、GJ2 分别为伺服力输入到电机速度 输出和电机速度输入到工作台速度输出的传递函 数，F(s)、V1(s)、X1(s)、V2(s)、X2(s)分别为时域信 号 Fs(t)、v1(t)、x1(t)、v2(t)、x2(t)的拉氏变换，s 为 复变量 GJ1 V1 ( s ) m2 s 2 cs K Fs ( s ) s[m1m2 s 2 (m1 m2 )cs (m1 m2 ) K ] (1)
数控机床进给系统的精度分析
数控机床进给系统的精度分析易刚【期刊名称】《金属加工：冷加工》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】1页(P52)【作者】易刚【作者单位】沈阳机床股份有限公司中捷钻镗床厂,辽宁,110142【正文语种】中文数控机床的伺服系统按其控制方式，可分为开环、半闭环和全闭环三类，现结合相关精度分析如下。
数控机床基本上不用开环进给系统。
它虽然简单，但如果负荷突然加大，或者脉冲频率变化剧烈，则执行部件的运动可能发生误差，这就是常说的“失步”现象。
半闭环系统的误差，包括丝杠的导程误差、丝杠轴承的轴向圆跳动、伺服系统的误差和伺服系统闭环之外，还包括各机械环节弹性变形引起的误差。
（1）定位精度计算在进给系统内，存在各种干扰因素如摩擦力、切削力及惯性力等。
伺服系统在这些因素的作用下，必然产生位置偏差。
为了抵抗这些干扰，伺服电动机必须提供一定的输出力矩。
这个力矩与位置偏差之比，成为伺服刚度kR，输出量为伺服电动机的输出转矩，输入为位置偏差角，单位为N·m/rad。
伺服刚度kR为单位位置偏差，电动机能产生多大的转矩以克服外界的干扰，计算公式如下式中 Ks——伺服系统的开环增益，通常，取Ks=8～25（s-1），点位控制机床可取小值，轮廓控制机床可取大值；Kt——伺服电动机的转矩系数，等于电动机的输出转矩与电枢电流之比（N·m/A）；Ke——伺服电动机的反电动势系数（s·V/rad）；Kv0——速度环的开环增益，可取为Kv0=（2～4）K s；RM——电枢回路和伺服放大器的阻抗（Ω）。
把这个伺服刚度kR折算至移动部件式中 i——电动机到丝杠的传动比。
计算出移动部件的伺服刚度k′R，滚珠丝杠副的接触刚度kN，滚珠丝杠的最小拉压刚度kKmin和丝杠轴承的轴向接触刚度kT后，按弹簧串联原则合成半闭环进给系统的定位精度是在无切削空载条件下检验的。
因此，载荷只是导轨的摩擦力Ff，因Ff而引起的误差δ为δ加上丝杠任意300mm内的导程公差和轴承的轴向跳动，不应超过要求的定位公差。
数控机床伺服系统刚度对定位精度影响的研究的开题报告
数控机床伺服系统刚度对定位精度影响的研究的开题报告一、选题背景和意义数控机床伺服系统定位精度是数控机床工作精度的重要指标之一，其受多种因素的影响，其中机床的刚度是影响机床定位精度的一个重要因素。
因此，研究数控机床伺服系统刚度对其定位精度的影响，对于提高数控机床定位精度、提高加工精度具有非常重要的意义。
二、研究内容和方法本研究将对数控机床伺服系统刚度对定位精度的影响进行研究，其研究内容包括以下几个方面：1. 研究不同刚度的数控机床伺服系统对定位精度的影响。
为了研究不同刚度对定位精度的影响，本研究将制造一组不同刚度的数控机床试样，并对其定位精度进行测试，从而探究不同刚度对机床定位精度的影响。
2. 研究不同刚度下伺服系统响应特性的差异。
通过改变试样的结构参数，比如材料选用、梁的截面形状和尺寸等，在保持试样尺寸不变的情况下，制造不同刚度的试块，并测试其伺服系统的响应特性，得出不同刚度下伺服系统的响应特性差异，并分析对定位精度的影响。
3. 研究刚度与加工误差之间的关系。
通过在不同刚度下采用数控机床进行机械加工实验，测量不同刚度条件下加工件的尺寸误差，并研究不同刚度条件下加工误差的变化规律，探究刚度与加工误差之间的关系。
本研究将利用实验方法对伺服系统刚度对定位精度的影响进行更为详细的研究。
实验将主要采用数控机床加工实验的方式进行，通过测量实验结果，得出刚度对定位精度的影响规律，同时结合理论知识进行分析和解释。
三、研究预期成果通过本研究，预期得到以下成果：1. 得出不同刚度条件下数控机床伺服系统的定位精度和加工误差，探究刚度与定位精度和加工误差之间的关系。
2. 建立不同刚度下数控机床伺服系统的加工误差模型，为数控机床加工误差的控制提供理论依据。
3. 提出根据不同机械加工件的加工精度要求来选用适当伺服系统刚度的方法。
四、研究的实现计划本研究的实现计划分为以下步骤：1. 设计试样并制造试样。
2. 测试不同刚度下试样的定位精度和加工误差，得到实验数据。
数控机床的刚度及提高数控机床刚度的措施
数控机床的刚度及提高数控机床刚度的措施数控机床的刚度及提高数控机床刚度的措施机床的刚度是指在切削力和其他力作用下，抵抗变形能力。
数控机床比普通机床要求具有更高的静刚度和动刚度，有标准规定数控机床的刚度系数应比类似的普通机床高50%。
机床在切削加工过程中，要承受各种外力的作用，承受的静态力有运动部件和被加工零件的自重，承受的动态力有：切削力、驱动力、加减速时引起的惯性力、摩擦阻力等。
机床的结构部件在这些力作用下，将产生变形，如固定连接表面或运动啮合表面的接触变形；各支承零件部的弯曲和扭转变形，以及某些支承件的局部变形等，这些变形都会直接或间接地引起刀具和工件之间的相对位移，从而导致工件的加工误差，或者影响机床切削过程的特性。
由于加工状态的瞬时多变情况复杂，通常很难对结构刚度进行精确的理论计算。
设计者只能对部分构件(如轴、丝杠等)用计算方法计算其刚度，而对床身、立柱、工作台和箱体等零件的弯曲和扭转变形，接合面的接触变形等，只能将其简化后进行近似计算，其计算结果往往与实际相差很大，故只能作为定性分析的参考。
近年来，虽然在机床结构设计中采用有限元法进行分析计算，但是一般来讲，在设计时仍需要对模型、实物或类似的样机进行试验、分析和对比以确定合理的结构方案，尽管如此，遵循下列原则和措施，仍可以合理地提高机床的结构刚度。
1.合理选择构件的结构形式(1)正确选择截面的形状和尺寸构件在承受弯曲和扭转载荷后，其变形大小取决于断面的抗弯和扭转惯性矩，抗弯和扭转惯性矩大的其刚度就高。
表7-1列出了在断面积相同(即重力相同)时各断面形状的惯性矩。
从表中的数据可知：形状相同的断面，当保持相同的截面积时，应减小壁厚、加大截面的轮廓尺寸，圆形截面的抗扭刚度比方形截面的大，抗弯刚度则比方形截面的小；封闭式截面的刚度比不封闭式截面的刚度大很多；壁上开孔将使刚度下降，在孔周加上凸缘可使抗弯刚度得到恢复。
(2)合理选择及布置隔板和筋条合理布置支承件的隔板和筋条，可提高构件的静、动刚度。
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冷辗环加工的精度一直是困扰精密冷辗扩工 艺的瓶颈， 它与冷辗环机本身的精度、 刚度及其进 给速度控制系统有很大关系， 尤其是冷辗环机伺 服进给系统的刚度对进给速度控制影响较大。目 前， 冷辗环机的控制系统多为闭环控制， 通过光栅 直接测量滑块位移或工件尺寸， 将采集信号经过 对时间微处理得到实时速度信号作为反馈， 用来 进行速度控制。根据辗环机工作要求和闭环控制 系统的特点， 应该满足定位精度的要求， 而进给系 统的变形引起的定位误差对定位精度有很大的影 响。本文重点分析冷辗环机进给系统的刚度问 题， 以提高其进给系统的刚度、 定位精度和控制系 统稳定性， 进而提高冷辗工件的尺寸精度。
陈学斌等： 数控精密冷辗环机伺服进给系统的刚度分析
・ #1 ・
手册。 !!" 伺服进给传动系统综合刚度 整个进给系统的轴向传动综合刚度 " 可视 为进给系统的零部件刚度的串联总和， 于是有 # # " $ # # "# % # # "! % & # "& % # # "’ % # # "( % （)） # # ""
与主滑块固定在一起， 滚珠丝杠通过 ! 套圆锥滚 子轴承、 ! 套推力球轴承和 ! 套圆柱滚子轴承与 机体相连。在伺服电机的驱动下， 经齿轮传动系 统驱动滚珠丝杠转动， 由于滚珠丝杠螺母的作用， 驱动主滑块作直线运动， 安装在滑块上的支承轮 推动芯辊向前运动， 毛坯在轧制力的作用下通过 芯辊与驱动辊构成的轧制孔型进行轧制。改变伺 服电机的旋转方向便可改变滑块的运动方向， 实 现滑块的进给和回程运动。
收稿日期： 修回日期： 0##& / #& / #V； 0##& / #) / #$ 基金项目： 国家自然科学重点基金项目 （&#""&#’#） 。
, 工作原理
图 , 为 %&’()# 冷辗环机伺服进给系统的工 作原理示意图。进给系统采用伺服电机经减速器 驱动滚珠丝杠副的电动机械方式， 滚珠丝杠螺母
［"］ 向刚度为 !" ， 存在关系式
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减速器的刚度
减速器的型号是 ./01 2 !)$， 由一组斜齿轮 和一组螺旋伞齿轮组成。减速器的刚度取决于轮 轴和齿轮部分的刚度。传动中， 轮轴的扭转变形
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（#） " ’ !* & (+, 式中： ・**； ! 为轮轴的扭矩， 4 * 为轮轴受扭矩作 用的长度， ・ **； (+, 为轮轴的截面抗扭刚度， +,**( 。则轮轴的扭转刚度为 （ - ’ !， !- ’ (+,- & *"， #， (）
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!工艺与装备"
数控精密冷辗环机伺服进给系统的刚度分析
陈学斌， 余世浩， 华
（武汉理工大学
林， 颜士伟
武汉 !"##$#）
材料学院， 湖北
摘要： 介绍了 %&’()# 型数控精密冷辗环机伺服进给系统的结构和工作原理， 分析了影响冷辗环机伺服进给 系统刚度的因素， 推导出其相应的刚度计算式， 得到了冷辗环机伺服进给系统综合刚度的解析表达式， 对提高 冷辗工件精度和控制系统稳定性具有指导意义。 关键词： 滚动轴承； 套圈； 冷辗环机； 伺服进给系统； 刚度； 滚珠丝杠 中图分类号： *+,"" - ""； *("$’ - " 文献标识码： . 文章编号： （0##’） ,### / "$’0 #, / ##,& / #"
［5］ 轮轴部分的总刚度为
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! （&） !齿轮部分的刚度取决于减速器中每个齿轮轮 !. ’ ! & ! 齿的刚度， 减速器可以看成是由一组斜齿轮和一 组螺旋伞齿轮所组成的串联弹簧， 因此其齿轮部
［5］ 分的总刚度为
（"） !" ’ ( ! % & ) ) ’# ! （底径） ， 式中： % 为丝杠的螺纹内径 **； ’ ! 为丝杠 支承与螺母间的距离， **； $ 为材料的纵向弹性 模量， +,-； ( 为材料剪切弹性模量， +,-； ! 为传 动效率； ’ " 为丝杠受扭部分的长度， **； ) 为丝 杠的导程， **。 从 （!） （"） 、 式可知， 丝杠的轴向刚度 !! 和 !" 都随螺母位置的变化而改变， 分别和 ’ ! 与 ’ " 成 反比关系。对于图 ! 结构， 静态参数一定时， 在实 际工作中， 当滑块左移， 丝杠刚度下降。 """ 轴承的刚度 螺母的刚度较好， 受载后变形甚微， 可忽略不 万方数据 计。推力球轴承只能承受轴向载荷， 记其轴向刚
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上海弘隽贸易有限公司地处上海浦东新区， 专门从事各类轴承 （尤其是 要求如 汽车轴承） 的生产和销售， 产品远销欧美市场。现诚招工程师 ! 名， 下： 一、 工作内容： # * 配合业务人员解决客户提出的技术问题； （绘制产品图纸， 核算产品成本等） ； ! * 帮助货源工厂开发新产品 （需要出差） 。 & * 产品生产过程中及出货前验货 二、 工作经历： 在轴承厂从事技术工作 & 年以上； # * 熟悉轴承， （原洛阳工学院） 轴承专业毕业者优先考虑。 ! * 河南科技大学 地 址： 上海浦东东环龙路 #/# 弄 &( 号 申能龙阳公寓 !",# 室 邮 编： !,,#!1 电 话： ,!# . (,)’(!!( (,)’(!!" (,)’(!!1 传 真： ,!# . (,)’(!!/ 2 . 3456： 789:;4<=> ?7 . <;* :@3 广告档案号： ,&!&
［#］ ） 。为消除轴向间隙和提高轴向接触刚 中查到
" 刚度分析
芯辊是空转辊， 它随环件一起转动， 不承受摩 擦力矩， 安装在滑块上的支承辊也是空转辊， 它随 芯辊一起转动， 也不承受摩擦力矩。支承辊的轴 线和滚珠丝杠的轴线在同一水平位置。实际工作 中， 滚珠丝杠主要承受轴向载荷， 除丝杠本身的自
［!］ 重以外， 一般不承受径向外载荷 ， 整个进给系统
& 结束语
冷辗环机工作过程中， 进给传动系统的刚度 对环件轧制的精度有很大影响， 刚度下降会增大 定位误差， 不利于滑块的定位， 从而影响控制系统 的稳定性。因此， 合理利用本文推导的伺服进给 系统刚度的解析表达式及其动态变化规律， 对提 高进给系统的刚度、 滑块的定位精度、 控制系统的 稳定性和冷辗工件的尺寸精度有重要意义。另 外， 数控精密冷辗环机的高精度、 高效率的发展趋 势， 也要求机床具有高的刚度。 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"