数控机床伺服驱动与监测

数控机床的伺服驱动与监测第一节概述一、伺服系统的概念数控机床伺服系统是以机械位移为直节控制目标的自动控制系统，也可称为位置随动系统，简称为伺服系统。数控机床伺服系统主要有两种：一种是进给伺服系统，它控制机床各坐标轴的切削进给运动，以直线运动为主；另一种是主轴伺服系统，它控制主轴的切削运动，以旋转运动为主。本章只介绍第一种伺服系统。CNC装置是数控机床发布命令的“大脑”，而伺服驱动则为数控机床的“四肢”，是一种“执行机构”，它能夠准确的执行来自CNC装置的运动指令。驱动装置由驱动部件和速度控制单元组成。驱动部件由交流或直流电动机、位置监测元件及相关的机械传动和运动部件组成。伺服系统的控制方法主要分为开环、闭环和半闭环三种控制方法。它实际上是指伺服系统实现位置伺服控制的三种方式。开环控制只有从发出的位置指令输入到最后的位置输出的前向通道控制，而没有测量实际位置输出的反馈通道。由步进电动机直接驱动滚珠丝杆副的结构就是开环控制系统的实例。它的结构简单、调整维护方便、工作可靠、成本低，但每一指令脉冲的进给误差、传动链的误差间隙、导轨滑动时摩擦力的不均衡等造成的误差等最终都反映到实际位移中去，使得定位精度较低。此外，它的速度低，低速平稳性差，效率也较低。电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大如果在电动机轴或丝杆上安装一个旋转变压器反馈转角的变化，则系统变成了半闭环系统。这样，与开环系统相比，半闭环系统，提高了精度，但它检测的反馈信号来自于系统中某一个非最终输出的环节，使得系统无法对这一环节到最终控制目标之间的误差自动进行补偿。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈在前向控制通道的基础上在加上直接检测最终输出的反馈控制通道就形成了闭环控制的伺服系统。检测元件通常为直线感应同步器和光栅等直线行位检元件，安装在最终的移动目标工作台上。伺服驱动系统的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。数控机床的最高移动速度，跟踪速度，定位精度等重要的指标都取决于伺服系统的动态和静态特性。它一直是数控机床研究的重要课题之一。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈二、进给伺服系统的要求数控机床完成各种不同的加工任务，对进给伺服系统的要求也不尽相同，可概括为以下几点要求。1.精度高伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。直接影响机的定位精度和重复定位精度，因而对零件的加工精度影响很大。精密加工的数控机床要求定位和轮廓切削精度都比较高，一般允许偏差在0.01~0.001mm之间，甚至到0.1um。2.调速范围宽调速范围Rn为Rn=nmax/nmin式中nmax、nmin——额定负载时的最高、最低转速，单位为r/min。对一般的数控机床而言，进给伺服系统的调速范围Rn为1:24000就足够了，即在1~24000mm/min调速范围内速度能够均衡、稳定、无爬行地工作。较为先进的机床可以获得更大的调速范围。3.快速响应为了保证轮廓切削形状精度和表面粗糙度，除了保证较高的定位精度外，还要求跟踪指令信号响应快，一般在200ms以内，甚至小于几十ms。4.低速大转矩切削加工的特点一般是在低速时进行重切削。为适应加工要求对伺服系统要求低速大转矩。系统具有这一特性，可以简化传动链，使传动装置机械结构得道简化系统刚性加强，使传动装置的动态质量和传动精度得到提高。4.高性能的伺服电动机伺服电动机是伺服系统的重要驱动元件。为满足上述要求，对伺服电动机的要求应该是：从最低速度到最高速度能平滑运转，具有大的、较长时间的过载能力、响应快，还要求能承受平凡的启动、制动和反转。进给驱动用的伺服电动机主要有步进电动机，直流和交流调速电动机。交流调速电动机是机床进给驱动的一个方向。自80年代中期开始，交流进给驱动得到了迅速的发展。今天，一些先进的国家几乎全部采用交流进给驱动。交流调速电动机是以异步电动机和永磁同步电动机为基础的交流电动机，而所采用的异步电动机多为批量生产的普通结构形式的异步电动机，可以预见，交流调速电动机将是最有发展前途的进给驱动装置。第二节步进电动机的驱动与应用步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的驱动元件。给一个电脉冲信号，步进电动机就回转一个固定的角度，称为一步，所以称为步进电动机。有由于它输入的是脉冲电流，也称为脉冲电动机。步进电动机具有精度高，惯性小的特点，对各种干扰因素不敏感，误差不会长期积累，转过360°以后其积累误差为“0”。它主要用于开环控制系统，使系统的结构简单、运行可靠，也可用于闭环控制系统。按励磁方式的不同，步进电动机可分为反应式、永磁式、感应式和混合式等。混合式步进电动机的结构和原理具有反应式和永磁式两种电动机的特点，在同样的励磁电流下，它可以产生更大的转矩。目前这种电动机以在数控机床等领域得到了广泛的应用。反应式步进电动机应用普遍，结构也简单，是我们分析的重点对向。一、步步进电电动机机的工工作原原理图6-2所所示为为反应应式步步进电电动机机的结结构原原理图图。它它的定定子和和转子子铁心心通常常由硅硅钢片片叠成成。定定子上上有A、B、C三对对磁极极，在在相对对应的的磁极极上绕绕有A、B、C三向向控制制绕组组。假假设转转子上上有四四个齿齿，齿齿宽与与定子子的极极靴宽宽相等等，相相邻两两齿所所对应应的空空间角角度为为齿距距角。。齿距角角Ot为Ot=360/Zr式中Zr——转转子齿齿数。。在图6-2所示示的三三相(A、、B、、C)步进进电动动机中中，Zr=4,齿距距角Ot=90。表6-1步步进电电动机机步距距角精精度分分级步距角1级精度2级精度θs<1.5+-25%+-25%1.5≤θs≤7.5+-15%+-25%7.5≤θs≤15+-5%+-10%步进电电动机机的精精度可可用步步距角角的误误差或或累积积误差差衡量量。累累积误误差是是指转转子从从任意意位置置开始始，经经过任任意步步后，，转子子的实实际转转角与与理论论转角角之间间的最最大值值。电电动机机转一一周，，其积积累误误差应应为零零，在在一周周内积积累误误差可可大可可小，，可正正可负负。2、最最大静静转矩矩Tmax与起动动转矩矩Tq(1)最大大静转转矩Tmax当定子子一相相绕组组通电电时，，转子子在-Л到到Л之之间任任何一一个位位置停停留，，当定定子通通电后后，转转子与与定子子齿都都会对对准，，回到到初始始平衡衡位置置；所所以把把空载载静稳稳定区区定为为-ЛЛ到ЛЛ之间间。当转子子受到到外力力的作作用后后，转转子齿齿要偏偏离初初始位位置，，这时时定转转子之之间产产生的的定子子转矩矩用以以克服服负载载转矩矩，直直到相相互平平衡，，转子子停在在一个个心的的平衡衡点，，这时时转子子齿所所偏离离的角角度成成为失失调角角θe。这时时，电电动机机的静静态转转矩与与失调调角之之间关关系接接近正正弦变变化，，称之之为矩矩角特特性（（图6-5中下下图））。T=-Tm*sinθθe当Θe=+-п/2时时，T为最最大静静转矩矩，它它表示示步进进电动动机所所能承承受的的最大大静态态转矩矩Tmax。显然，，当转转子加加上负负载后后，其其负载载静稳稳定区区在-Л/2ＯＯ＜θθ＜ЛЛ/2之间间。当当转子子受到到的负负载转转矩是是脉动动的情情况下下，转转子的的失调调角将将随负负载变变化而而变化化，可可以看看见转转子在在作轻轻微的的晃动动，这这种现现象是是正常常的，，步矩矩角越越小，，晃动动范围围越小小，对对数控控系统统精度度的影影响也也就越越小。。当多相相通电电时，，矩角角特性性可由由单项项矩角角特性性以矢矢量和和的方方式算算出，，当绕绕组数数大于于3时时，多多相通通电多多数能能提高高静态态转矩矩（见见表6-2）。。功率率较大大的步步进电电动机机多数数采用用大于于三相相的励励磁绕绕组，，而且且多相相通电电。表6-2步步进电电动机机多相相通电电时的的转矩矩步进电动机相数

3

4

5同时通电相数121231231234合成转矩/Tmax

1111.4111.61.611.721.7(2)最大大起动动转矩矩Tq图6-6表表示三三相步步进电电动机机的矩矩角特特性，，图中中相连连两个个矩角角性的交交点所所对应应的电电磁转转矩为为起动动转矩矩Tq，它代代表步步进电电动机机单相相励磁磁时所所能代代动的的极限限转矩矩。当当电动动机所所带的的负载载T1＜Tq时，A相通通电，，转子子的平平衡点点转到到m处处，在在此点点Tam﹦T1；当由由A相相切换换到B相时时，B相在在m点点的电电磁转转矩Tbm>Tam，在电电磁转转矩作作用下下，转转过一一个步步矩角角到达达新的的平衡衡位置置n，，此时时，Tbn=T1。显然然，如如果负负载T1>Tq，A、、B相相的切切换无无法使使转子子到达达新的的平衡衡位置置n，，而产产生““失步步“现现象。。不同同相数数的步步进电电动机机的起起动转转矩不不同，，一般般相数数越多多，拍拍数越越多，，则气气动转转矩越越大。。根据步步进电电动机机的相相数、、拍数数选取取起动动转矩矩，见见表6-3。表表中Tmax为步进进电动动机的的最大大静转转矩。。3、起起动频频率和和起动动特性性起动频频率是是指步步进电电动机机不失失步起起动所所能施施加的的最高高控制制脉冲冲频率率。在在电动动机空空载情情况下下，成成为空空载起起动频频率。。在有有负载载情况况下，，不失失步起起动所所允许许的最最高频频率将将大大大降低低。例例如70BF3型步步进电电动机机空载载起动动频率率是1400Hz，，当负负载为为最大大转矩矩Tmax的0.55倍时时，起起动频频率下下降到到50Hz。表6-3步步进电电动机机相数数、拍拍数、、最大大负载载转矩矩表运行方式相数3456拍数3648510612Tq/Tmax0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866步进电电动机机带一一定负负载起起动后后，连连续缓缓慢提提高脉脉冲频频率直直到不不丢步步运行行的最最高频频率称称为运运行频频率。。它比比起动动频率率大得得多。。因此此步进进电动动机常常采用用升降降速控控制，，起停停时频频率降降低，，正常常运行行时，，频率率升高高。图图6-7表表示了了负载载转矩矩与运运行频频率的的关系系。频率选选择时时因满满足下下式ft≥[fop](6-4)式中ft——步步进电电动机机极限限起动动频率率；[fop]———要求求步进进电动动机最最高起起动频频率。。4、连连续运运行频频率步进电电动机机在实实际应应用中中一般般均处处在连连续脉脉冲运运行状状态，，控制制脉冲冲的变变化及及对它它的影影响可可分为为三个个区段段：（1））脉冲冲频率率极低低这这时时电动动机的的运行行为连连续的的单步步运动动。一一般电电动机机由一一个稳稳定点点变化化到另另一个个稳定定点时时，转转子要要在新新的稳稳定点点附近近来回回振荡荡若干干次，，最后后才稳稳定下下来。。当输输入的的脉冲冲时间间间隔隔大于于电动动机振振荡衰衰减时时间时时，第第二个个脉冲冲还没没到来来时，，前一一次的的脉冲冲已经经完毕毕，转转子处处在稳稳定位位置，，其运运行过过程如如图6-8a所所示，，每一一步都都和单单步运运动一一样。。这种种状态态步进进电动动机能能够跟跟随输输入脉脉冲可可靠的的工作作。（2））脉冲冲频率率很高高这这时时脉冲冲间隔隔短，，在前前一步步还没没有振振荡结结束，，后一一个脉脉冲就就已经经来临临，使使步进进电动动机连连续平平滑的的转动动，转转速比比较稳稳定，，如图图6-8所所示。。（3））低频频共振振当当脉脉冲频频率介介于及及低频频和高高频之之间，，容易易接近近于电电动机机本身身的振振荡频频率，，这时时电动动机将将产生生强烈烈振动动，甚甚至失失步无无法工工作。。这就就是步步进电电动机机低频频共振振丢步步现象象。一一般不不允许许步进进电动动机在在共振振频率率下运运行。。为减减少这这一共共振现现象，，很多多步进进电动动机设设置了了专门门的阻阻尼器器，消消耗振振动能能量，，限制制振幅幅。5、、应应用用举举例例下面面举举一一个个模模拟拟工工作作台台的的例例子子。。工工作作台台的的纵纵向向轴轴是是导导程程P=1.25mm的的普普通通丝丝杆杆副副，，步步进进电电动动机机通通过过一一对对降降速速齿齿轮轮副副与与丝丝杆杆连连接接。。设设①①丝丝杆杆轴轴向向的的负负载载Fa=500N；；②②最最大大进进给给速速度度vmax=0.8m/min；；③③脉脉冲冲当当量量δδ=0.002mm/step；；④④传传动动的的总总效效率率是是ηη0.255。。请请选选用用步步进进电电动动机机。。设选选用用的的徚徚进进电电动动机机的的步步矩矩角角θθs=0.75°/step（1））确确定定步步进进电电动动机机的的起起动动力力矩矩Tq当电电动动机机在在起起动动力力矩矩Tq作用用下下转转一一个个步步矩矩角角θs时，，所所作作的的功功为为WD=Tq*θθs/360°2ππ工作作台台克克服服负负载载Fa、位位移移δδ所所做做的的功功Wa=Fa*δδ根据据能能量量守守恒恒WDη=Wa得Tq=360°*δδ*Fa/2*ππ*θθs*ηη=360°*0.002*5000/2*3.14*0.75。。*0.255N.mm=2997.3N.mm（2））确确定定步步进进电电动动机机最最大大静静转转矩矩Tmax为为满满足足最最小小步步矩矩要要求求，，电电动动机机选选用用三三相相六六拍拍工工方方式式，，根根据据表表6-3得得Tq/Tmax=0.866，，则则Tmax=299.73/0.866N.cm=346.11N.cm（3））确确定定步步进进电电动动机机运运行行频频率率fmax=1000*vmax/60*δδ=1000*0.8/60*0.002Hz=6650Hz根据据以以上上参参数数选选电电动动机机100BF003。。它它的的Tmax=800N.cm,θθs=0.75°/1.5°fmax=7000。。三、、脉脉冲冲分分配配由步步进进电电动动机机的的工工作作原原理理知知，，要要使使电电动动机机正正常常的的一一步步一一步步地地运运行行，，控控制制脉脉冲冲必必须须按按一一定定的的顺顺序序分分别别供供给给电电动动机机各各相相，，例例如如三三相相单单拍拍驱驱动动方方式式，，供供给给脉脉冲冲的的顺顺序序为为A-B-C-A或或A-C-A，，也也可可称称为为环环形形脉脉冲冲分分配配。。脉脉冲冲分分配配有有两两种种方方式式：：一一种种是是硬硬件件脉脉冲冲分分配配，，另另一一种种是是软软件件分分配配，，是是由由计计算算机机的的软软件件完完成成的的。。1.脉脉冲冲分分配配器器脉冲冲分分配配器器可可以以用用门门电电路路及及逻逻辑辑电电路路构构成成，，提提供供符符合合步步进进电电动动机机控控制制指指令令所所需需的的顺顺序序脉脉冲冲。。目目前前已已经经有有很很多多可可靠靠性性高高、、尺尺寸寸小小、、使使用用方方便便的的脉脉冲冲分分配配器器供供选选择择。。按按其其电电路路结结构构不不同同可可分分为为TTL集集成成电电路路和和CMOS集集成成电电路路。。目前前市市场场提提供供的的国国产产TTL脉脉冲冲分分配配器器有有三三相相（（YBO13））、、四四相相（（YBO14））、、五五相相（（YBO15））和和六六相相（（YBO16）），，均均为为18个个管管脚脚的的直直插插式式封封装装。。CMOS集集成成脉脉冲冲分分配配器器也也有有不不同同型型号号，，例例如如CH250型型用用来来驱驱动动三三相相步步进进电电动动机机，，封封装装形形式式为为本本16脚脚直直插插式式。。这两两种种脉脉冲冲分分配配器器的的工工作作方方式式基基本本相相同同，，当当各各个个引引脚脚连连接接好好之之后后，，主主要要通通过过一一个个脉脉冲冲输输入入端端，，控控制制步步进进的的速速度度；；一一个个输输入入端端控控制制电电动动机机的的转转向向；；并并有有与与步步进进电电动动机机相相数数相相同同数数目目的的输输出出端端分分别别控控制制电电动动机机的的各各相相。。2.软软件件脉脉冲冲分分配配在计计算算机机控控制制的的步步进进电电动动机机驱驱动动系系统统中中，，通通常常采采用用软软件件的的方方法法实实现现环环形形脉脉冲冲分分配配。。图图6-9所所示示是是一一个个8031单单片片机机与与步步进进电电动动机机驱驱动动电电路路接接口口的的框框图图。。P1口口的的三三个个引引脚脚经经过过光光电电隔隔离离/功功率率放放大大后后，，分分别别与与电电动动机机的的A、、B、、C三三相相连连接接。。当当采采用用三三相相六六拍拍方方式式时时，，电电动动机机正正转转的的通通常常顺顺序序为为A-AB-B-BC-C-CA-A；；电电动动机机反反转转的的顺顺序序为为A-AC-C-CB-B-BA-A。。它它们们的的环环形形分分配配如如表表6-4所所示示。。蛇蛇P1的的某某口口为为高高电电平平时时，，相相应应的的电电动动机机相相通通电电。。步序导电相工作状态数值（16进制）程序的数据表正转反转CBATAB

A00101HTAB0DB01HAB01103HDB03HB01002HDB02HBC11006HDB06HC10004HDB04HCA10105HTAB5DB05H把表中的的数值按按顺序存存入内存存的EPROM中，并并分别设设定表头头的地址址为TAB0。。计算机机的P1口按从从表头开开始逐步步加1的的顺序变变化，电电动机正正相旋转转，如果果按从TAB5，逐步步减1的的顺序变变化，电电动机则则反转。。图6-10是是控制电电动机方方向、速速度的子子程序流流程图和和源程序序。子程序的的如口、、出口如如下：入口：R6：步步进电动动机步数数；R5：正正反转控控制，R5=0时为正正，R5>0或或R5<0时为为反；R7：TAB数数据表指指针。以上参数数在主程程序中给给定。出口：R7：子子程序结结束时电电动机的的状态，，供下次次调用时时参考。。源程序如如下：SBU1：MOVDPTR，#TABAJMPREDO；；转移移去判断断正反转转DRIVER：：MOV，，R7；；驱驱动步进进电动机机MOVA，··A+DPTRMOVP1，，AACALLDELAY；；调延时时子程序序DJNZR6，REDO；；距距离不为为0转移移MOVR7，，A；；为0保存指指针后返返回RETREDO：CJNER5，#00，，NON；；如如为反转转则转移移CJNER7，#05，L1；；正转转：指针针不到数数组尾转转移MOVR7，，#00H；；否则则指针清清零AJMPDRIVERL1：INCR7；；指针针加1AJMPDRIVERNON：：CJNER7，，#00H，L2；；反转：：指针不不在数组组首转移移MOVR7，，#05H；；否否则指针针置5AJMPDRIVERL2：DECR7；；指针减减1TAB：：DB01H，，03H，02H，06H，，04H，05H这里省略略了延时时子程序序，通过过改变延延时时间间的长短短来控制制电动机机的速度度。在以以计算机机为控制制核心的的经济型型数控机机床中采采用软件件进行脉脉冲分配配已形成成趋势。。虽然软软件脉冲冲分配增增加了编编程的复复杂程度度，但它它省去了了环形脉脉冲分配配器，系系统减少少了器件件，降低低了成本本，也提提高了系系统的可可靠性。。四、驱动动电源及及速度控控制环型脉冲冲分配器器输出的的电流很很小，必必需经过过功率放放大。过过去常采采用高低低压驱动动电源，，现在则则多采用用恒流斩斩波和调调频调压压等形式式的驱动动电源。。1.高低低压驱动动电源随着频率率增大，，步进电电动机负负载能力力下降，，如图6-11所示，，当某一一相绕组组通电时时，三极极管VT1导通通，绕组组已经加加上电压压，但是是绕组中中的电流流是按着着指数规规律上升升，并将将电源的的一部分分能量转转换成势势能存储储在绕组组中，电电流的时时间常数数为Ti=Lm/R（（6-5）式中Lm———步进进电动机机一相绕绕组的平平均电感感量；R——通通电回路路的电阻阻，包括括绕组电电阻，功功率放大大器输出出级的内内阻及串串联电阻阻。当绕组断断电，存存储于绕绕组中的的势能将将以直线线形式释释放出来来，电流流按指数数规律下下降，其其时间常常数为Tu=Lm/Rd(6-6)式中Rd———放电电回路电电阻，它它包括绕绕组，续续流二级级管正相相电阻等等这使得绕绕组中电电流只能能缓慢的的增加和和下降，，即电流流波形有有不陡的的前沿和和后沿。。当输入入频率较较低时，，每相绕绕组通电电和断电电的周期期T较长长，电流流I的波波形比较较接近于于理想的的矩行波波，如图图6-12a所所示。当当频率升升高后，，周期T缩短，，电流I来不及及上升到到稳定值值就下降降，电流流的幅值值降低，，各相绕绕组电流流几乎同同时存在在，如图图6-12b致致使负载载能力下下降，严严重时不不能起动动。为了了提高步步进电动动机的动动态特性性，必须须使电流流波形前前后沿更更陡些。。在单一电电压型电电源中，，可以在在绕组回回路中串串联一个个电阻R0，这这时电动动机的电电流增长长的时间间常数变变小，为为Ti=Lm/R+Ro(6-7)这样，电电流波形形的上升升沿变陡陡，消耗耗了一部部分功率率。为了了使电流流波形更更陡，在在电阻Ro两端端并联电电容C，，由于电电容上的的电压不不能突变变，在绕绕组通电电瞬间相相当于R0短路路，电源源电压全全部加在在电动机机控制绕绕组上，，电流迅迅速提高高。二极极管VD及串联联电阻R1形成成放电回回路，绕绕组断电电速度放放慢，减减小电动动势，保保护三极极管VT1。这这种驱动动电源线线路简单单，供放放元件小小，成本本低，但但功耗大大，只适适用于小小功率的的步进电电动机。。为了弥弥补这些些缺点，，常采用用高低压压切换型型电源。。图6-13a所所示是一一个高低低压切换换型电源源的原理理图，当当有输入入的控制制型号u后，三三极管VT1，，VT2的基极极有电压压输入，，使VT1和VT2导导通，在在高压电电源u1的作用用下，二二极管VD1承承受反相相电压，，使低电电压源不不起作用用。因此此，电流流I可以以迅速上上升，当当到达a点时，，利用定定时电路路使VT1截止止，这时时切换为为低压电电源u2起作用用，此时时绕组中中的电流流如图6-13b中ab短所所示。这这种电源源的电动动机绕组组不需串串联电阻阻，电源源功耗小小，电流流波形得得到了很很大改善善矩平特特性很好好。起动动和运行行频率得得到较大大的提高高。2.恒流流斩波驱驱动电源源双电压功功放电路路缺点是是在高低低连接处处出现谷谷点，引引起力矩矩在谷点点时下降降，而斩斩波型功功放电路路克服了了这一缺缺点，并并提高二．塑料料导轨镶粘塑料料导轨，，已广泛泛用于数数控机床床上，其其摩擦系系数小，，且动、、静摩擦擦系数差差很小，，能防止止低速爬爬行现象象；耐磨磨性，抗抗撕伤能能力强；；加工性性和化学学稳定性性好，工工艺简单单，成本本低，并并有良好好的自润润滑性和和抗震性性。塑料料导轨多多与铸铁铁导轨或或淬硬钢钢导轨相相配使用用。1.塑料料导轨的的类型及及特点近年来国国内已研研制了数数十种塑塑料基体体的复合合材料用用于机床床导轨，，其中比比较引人人注目的的为应用用较广的的填充PTEE（聚四四氟乙烯烯）软带带材料，，例如美美国霞板板（Shanban））公司的的得尔塞塞（Turcite-B）塑塑料导轨轨软带及及我国的的TSF软带。。Turcite-B自润滑滑复合材材料是在在聚四氟氟乙烯中中填充50%的的青铜粉粉，据称称还加有有二硫化化钼、玻玻璃纤维维和氧化化物制成成带状复复合材料料。具有有优异的的减磨、、抗咬伤伤性能，，不会损损坏配合合面，吸吸振性能能好，低低速无爬爬行，并并可在干干摩擦下下工作。。塑料导轨轨软带与与其他导导轨相比比，有以以下特点点：1)摩摩擦系数数低而稳稳定比比铸铁铁导轨副副低一个个数量级级。2)动动、静摩摩擦系数数相近运运动动平稳性性和爬行行性能较较铸铁导导轨副好好。3)吸吸收振动动具具有良好好的阻尼尼性。4)耐耐磨性好好有有自身润润滑作用用，无润润滑油也也能工作作。5)化化学稳定定性好耐耐磨磨、耐低低温，耐耐强酸、、强碱、、强氧化化剂及各各种有机机溶液。。6)维维护修理理方便软软带带耐磨，，损坏后后更换容容易。7)经经济性好好结结构简单单，成本本低，约约为滚动动导轨成成本的1/20，为三三层复合合材料DU导轨轨成本的的1/4。2.Turcite-B塑料料软带的的工作特特性贴塑导轨轨的摩擦擦特性如如图图7-27所示示的摩擦擦系数——速度特特性曲线线可知，，其动、、静摩擦擦系数相相差很小小，而且且摩擦系系数—速速度特性性曲线的的斜率是是正斜率率，并具具有良好好的自润润滑性，，所以在在短油或或干摩擦擦下也不不致拉伤伤导轨面面。塑料导轨轨的pv值pv值值是摩擦擦副的重重要技术术指标。。在设计计机床导导轨尺寸寸时，应应根据滑滑动速度度v与比比压p之之值按图图7-28所示示pv线线图选取取，使p与v的的交点处处于曲线线的下方方。如满满足不了了要求，，可加大大导轨面面积，以以降低比比压p值值来满足足要求，，一般导导轨的比比压p=0.1Mpa~0.2Mpa。贴塑导轨轨的承载载能力Turcite-B软带带的变形形小，在在比压p为14Mpa，温度度为50°C时时其变形形不得超超过原有有厚度的的5%。。在机床床导轨上上使用时时，在任任何情况况下的变变形率都都应低于于1%。。因此，，在设计计机床导导轨尺寸寸时应注注意减小小导轨的的比压，，以获得得较高的的运动精精度。此此种软带带的厚度度有0.8mm、1.6mm及3.2mm等几种种。根据据承载变变形宜选选用厚度度小的规规格，如如考虑到到加工余余量，一一般选用用厚度为为1.6mm(约1/16")为宜宜。贴塑导轨轨的其他他性能Turcite-B软带带粘结剪剪切强度度高达7Mpa；弹性性模量小小于金属属材料，，可防止止振动，，减少噪噪音；导导轨副的的磨损量量小，若若采用定定时定量量润滑，，可进一一步提高高导轨的的使用寿寿命。3.塑料料软带的的应用及及粘贴工工艺塑料导轨轨副多为为塑料/金属。。塑料软软带一般般粘贴在在短的动动导轨上上，不受受导轨形形式的限限制，各各种组合合形式的的滑动导导轨均可可粘贴。。粘贴工工艺如下下：金属导轨轨平面加加工粘粘贴软软带的导导轨面可可刨或可可铣加工工成两边边带支边边的表面面粗糙度度Ra25ηm～12.5ηηm的凹凹槽或平平面，槽槽边各留留3mm～10mm宽宽的挡边边。槽深深一般可可选软带带厚度的的1/2～2/3。如如加工成成平面，，要在两两边临时时粘接几几个等高高垫块，，防止粘粘接软带带加压时时移位。。胶层固固化后再再去掉垫垫块。配配对金属属导轨面面的粗糙糙度要求求Ra0.4ηηm～0.8ηηm，太太大使软软带产生生划痕，，太小则则不能形形成聚四四乙稀稀转移膜膜，会使使软带加加快磨损损。对磨磨导轨面面硬度要要求在25HRC以上上。软带带切切成成形形及及清清洗洗粘粘接接前前按按导导轨轨面面的的几几何何尺尺寸寸将将软软带带切切割割成成形形，，适适当当考考虑虑工工艺艺裕裕量量。。软软带带表表面面需需经经过过处处理理，，先先用用各各种种清清洗洗剂剂包包括括丙丙酮酮将将软软带带洗洗净净，，在在该该牌牌号号指指定定的的去去处处不不可可粘粘性性的的溶溶液液中中按按时时浸浸透透，，再再用用丙丙酮酮和和水水等等清清洗洗后后干干燥燥备备用用。。粘接接及及加加工工粘粘接接时时，，将将该该牌牌号号软软带带指指定定的的胶胶粘粘剂剂按按规规定定工工艺艺用用刮刮刀刀分分别别涂涂布布于于软软带带表表面面和和粘粘接接软软带带导导轨轨面面上上，，使使胶胶层层中中央央略略高高于于四四周周。。粘粘接接层层厚厚度度0.1mm左左右右，，接接触触压压力力为为0.05Mpa～～0.1MPa。。粘粘贴贴好好之之后后，，把把运运动动部部件件翻翻转转就就位位扣扣压压在在静静导导轨轨上上，，利利用用运运动动部部件件自自身身重重量量或或外外加加一一定定重重量量，，使使固固化化压压力力达达0.1Mpa～～0.15MPa。。经经24h室室温温固固化化，，将将运运动动部部件件吊吊起起翻翻转转，，用用小小木木锤锤轻轻敲敲整整条条软软带带。。若若敲敲打打时时各各处处声声响响音音调调一一致致，，说说明明粘粘接接质质量量好好。。然然后后检检查查动动静静导导轨轨的的接接触触精精度度，，让让导导轨轨副副对对研研或或机机械械加加工工，，并并刮刮削削到到接接触触面面的的斑斑点点符符合合要要求求（（着着色色点点面面积积达达50%以以上上））为为止止。。根根据据设设计计要要求求，，可可在在软软带带上上开开出出油油槽槽，，油油槽槽一一般般不不开开穿穿软软带带，，宽宽度度5mm左左右右。。并并可可用用仪仪器器测测出出软软带带导导轨轨的的实实际际摩摩擦擦系系数数。。贴塑导导轨有有逐渐渐取代代滚动动导轨轨的趋趋势，，不仅仅适用用于数数控机机床，，而且且还适适用于于其他他各种种类型型机床床导轨轨，它它在旧旧机床床修理理和数数控化化改装装中可可以减减少机机床结结构的的修改改，因因而更更加扩扩大了了塑料料导轨轨的应应用领领域。。三、交交流伺伺服电电动机机驱动动简介介支流伺伺服电电动机机具有有很多多优点点，但但它由由于装装有电电刷和和换向向片，，尺寸寸较大大且必必须定定期维维修，，特别别是受受换向向器限限制，，容量量较小小，电电枢电电压较较低，，很多多特性性参数数随速速度而而变化化，因因而限限制了了支流流伺服服电动动机高高速度度、大大容量量的发发展。。70年年代以以来，，随着着大规规模集集成电电路和和计算算机控控制技技术的的发展展以及及现代代控制制理论论的应应用，，特别别是矢矢量控控制技技术的的应用用，使使得交交流伺伺服电电动机机具备备了调调速范范围宽宽、稳稳速、、精度度高、、动态态响应应快以以及良良好的的技术术性能能。目目前国国外已已有系系列化化的交交流伺伺服电电动机机，我我国已已研制制出此此种电电动机机。交流伺伺服电电动机机采用用了全全封闭闭无刷刷构造造，不不需要要定期期检查查维修修。定定子省省去了了铸造造件壳壳体，，结构构紧凑凑，质质量小小。定定子铁铁心较较一般般电动动机开开槽多多且深深，绝绝缘可可靠，，磁场场均匀匀。可可对定定子铁铁心直直接冷冷却，，散热热效果果好，，因而而传动动机械械部分分的热热量少少，提提高了了整个个系统统的可可靠性性。转转子采采用具具有精精密磁磁极形形状的的永久久磁铁铁，因因而可可得到到高的的转矩矩/惯惯量比比。因因此交交流伺伺服电电动机机以其其高性性能、、大容容量得得到了了广泛泛的应应用。。交流伺伺服电电动机机提高高其性性能的的关键键在于于解决决对交交流电电动机机的控控制与与驱动动，目目前采采用的的是一一种新新的控控制方方法，，利用用微机机对交交流电电动机机作矢矢量变变换控控制。。第四节节常常用位位置检检测装装置一、概述1.位位置检检测装装置的的要求求在闭环环数控控系统统中，，必须须利用用位置置检测测装置置把机机床运运动部部件的的实际际位移移量随随时检检测出出来，，与给给定的的控制制值进进行比比较，，从而而控制制驱动动元件件正确确运转转，使使工作作台（（或刀刀具））按规规定的的轨迹迹和坐坐标移移动。。因此此，位位置检检测装装置是是数控控机床床的关关键部部件之之一，，它对对于提提高数数控机机床的的加工工精度度有决决定性性的影影响。。为此此，对对位置置检测测装置置提出出如下下要求求：(1)在在机床床工作作台移移动范范围内内，能能满足足精度度和速速度的的要求求。不不同类类型的的数控控机床床对检检测装装置的的精度度和速速度要要求不不一样样。通通常要要求检检测元元件的的分辨辨度（（即检检测的的最小小位移移量））在0.0001~0.01mm之内内，测测量精精度在在±0.01~±0.02mm以以内。。运动动速度度为0~24m/min。(2)在在机床床的工工作环环境下下，能能可靠靠地工工作，