数控机床的伺服驱动与监测

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、步进进电动机机的工作作原理图6-2所示为为反应式式步进电电动机的的结构原原理图。。它的定定子和转转子铁心心通常由由硅钢片片叠成。。定子上上有A、、B、C三对磁磁极，在在相对应应的磁极极上绕有有A、B、C三三向控制制绕组。。假设转转子上有有四个齿齿，齿宽宽与定子子的极靴靴宽相等等，相邻邻两齿所所对应的的空间角角度为齿齿距角。。齿距角Ot为Ot=360/Zr式中Zr——转子子齿数。。在图6-2所示示的三相相(A、、B、C)步进进电动机机中，Zr=4,齿齿距角Ot=90。。二、步进进电动机机的主要要性能指指标1、步距距角及步步距精度度同一相数数的步进进电动机机通常有有两种步步距角，，如1.5°/0.75°、1.2°/0.6°、3°/1.5°等。单、、双拍制制的步距距角比单单拍制或或双拍制制的步距距角减小小一半。。静态步距距角误差差是实际际步距角角与理论论步距角角之间的的误差，，以偏差差的角度度或理论论步距角角的百分分数来衡衡量。它它的值越越小，就就表示精精度越高高。按静静态步距距角误差差，步进进电动机机的精度度分为两两级，如如表6-1所示示。表6-1步步进电动动机步距距角精度度分级步距角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%步进电动动机的精精度可用用步距角角的误差差或累积积误差衡衡量。累累积误差差是指转转子从任任意位置置开始，，经过任任意步后后，转子子的实际际转角与与理论转转角之间间的最大大值。电电动机转转一周，，其积累累误差应应为零，，在一周周内积累累误差可可大可小小，可正正可负。。2、最大大静转矩矩Tmax与起动转转矩Tq(1)最最大静转转矩Tmax当定子一一相绕组组通电时时，转子子在-ЛЛ到Л之之间任何何一个位位置停留留，当定定子通电电后，转转子与定定子齿都都会对准准，回到到初始平平衡位置置；所以以把空载载静稳定定区定为为-Л到到Л之间间。当转子受受到外力力的作用用后，转转子齿要要偏离初初始位置置，这时时定转子子之间产产生的定定子转矩矩用以克克服负载载转矩，，直到相相互平衡衡，转子子停在一一个心的的平衡点点，这时时转子齿齿所偏离离的角度度成为失失调角θθe。这时，，电动机机的静态态转矩与与失调角角之间关关系接近近正弦变变化，称称之为矩矩角特性性（图6-5中中下图））。T=-Tm*sinθe当Θe=+-п/2时，，T为最最大静转转矩，它它表示步步进电动动机所能能承受的的最大静静态转矩矩Tmax。显然，当当转子加加上负载载后，其其负载静静稳定区区在-ЛЛ/2ＯＯ＜θ＜＜Л/2之间。。当转子子受到的的负载转转矩是脉脉动的情情况下，，转子的的失调角角将随负负载变化化而变化化，可以以看见转转子在作作轻微的的晃动，，这种现现象是正正常的，，步矩角角越小，，晃动范范围越小小，对数数控系统统精度的的影响也也就越小小。当多相通通电时，，矩角特特性可由由单项矩矩角特性性以矢量量和的方方式算出出，当绕绕组数大大于3时时，多相相通电多多数能提提高静态态转矩（（见表6-2））。功率率较大的的步进电电动机多多数采用用大于三三相的励励磁绕组组，而且且多相通通电。表6-2步步进电动动机多相相通电时时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)最最大起动动转矩Tq图6-6表示三三相步进进电动机机的矩角角特性，，图中相相连两个个矩角性的交点点所对应应的电磁磁转矩为为起动转转矩Tq，它代表表步进电电动机单单相励磁磁时所能能代动的的极限转转矩。当当电动机机所带的的负载T1＜Tq时，A相相通电，，转子的的平衡点点转到m处，在在此点Tam﹦T1；当由A相切换换到B相相时，B相在m点的电电磁转矩矩Tbm>Tam，在电磁磁转矩作作用下，，转过一一个步矩矩角到达达新的平平衡位置置n，此此时，Tbn=T1。显然，，如果负负载T1>Tq，A、B相的切切换无法法使转子子到达新新的平衡衡位置n，而产产生“失失步“现现象。不不同相数数的步进进电动机机的起动动转矩不不同，一一般相数数越多，，拍数越越多，则则气动转转矩越大大。根据步进进电动机机的相数数、拍数数选取起起动转矩矩，见表表6-3。表中中Tmax为步进电电动机的的最大静静转矩。。3、起动动频率和和起动特特性起动频率率是指步步进电动动机不失失步起动动所能施施加的最最高控制制脉冲频频率。在在电动机机空载情情况下，，成为空空载起动动频率。。在有负负载情况况下，不不失步起起动所允允许的最最高频率率将大大大降低。。例如70BF3型步步进电动动机空载载起动频频率是1400Hz，，当负载载为最大大转矩Tmax的0.55倍时时，起动动频率下下降到50Hz。表6-3步步进电动动机相数数、拍数数、最大大负载转转矩表运行方式相数3456拍数3648510612Tq/Tmax0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866步进电动动机带一一定负载载起动后后，连续续缓慢提提高脉冲冲频率直直到不丢丢步运行行的最高高频率称称为运行行频率。。它比起起动频率率大得多多。因此此步进电电动机常常采用升升降速控控制，起起停时频频率降低低，正常常运行时时，频率率升高。。图6-7表示示了负载载转矩与与运行频频率的关关系。频率选择择时因满满足下式式ft≥[fop](6-4)式中ft——步进进电动机机极限起起动频率率；[fop]———要求步步进电动动机最高高起动频频率。4、连续续运行频频率步进电动动机在实实际应用用中一般般均处在在连续脉脉冲运行行状态，，控制脉脉冲的变变化及对对它的影影响可分分为三个个区段：：（1）脉脉冲频率率极低这这时时电动机机的运行行为连续续的单步步运动。。一般电电动机由由一个稳稳定点变变化到另另一个稳稳定点时时，转子子要在新新的稳定定点附近近来回振振荡若干干次，最最后才稳稳定下来来。当输输入的脉脉冲时间间间隔大大于电动动机振荡荡衰减时时间时，，第二个个脉冲还还没到来来时，前前一次的的脉冲已已经完毕毕，转子子处在稳稳定位置置，其运运行过程程如图6-8a所示，，每一步步都和单单步运动动一样。。这种状状态步进进电动机机能够跟跟随输入入脉冲可可靠的工工作。（2）脉脉冲频率率很高这这时时脉冲间间隔短，，在前一一步还没没有振荡荡结束，，后一个个脉冲就就已经来来临，使使步进电电动机连连续平滑滑的转动动，转速速比较稳稳定，如如图6-8所示示。（3）低低频共振振当当脉冲频频率介于于及低频频和高频频之间，，容易接接近于电电动机本本身的振振荡频率率，这时时电动机机将产生生强烈振振动，甚甚至失步步无法工工作。这这就是步步进电动动机低频频共振丢丢步现象象。一般般不允许许步进电电动机在在共振频频率下运运行。为为减少这这一共振振现象，，很多步步进电动动机设置置了专门门的阻尼尼器，消消耗振动动能量，，限制振振幅。5、应用用举例下面举一一个模拟拟工作台台的例子子。工作作台的纵纵向轴是是导程P=1.25mm的普普通丝杆杆副，步步进电动动机通过过一对降降速齿轮轮副与丝丝杆连接接。设①①丝杆轴轴向的负负载Fa=500N；②②最大进进给速度度vmax=0.8m/min；；③脉冲冲当量δδ=0.002mm/step；④④传动的的总效率率是η0.255。请请选用步步进电动动机。设选用的的徚进电电动机的的步矩角角θs=0.75°/step（1）确确定步进进电动机机的起动动力矩Tq当电动机机在起动动力矩Tq作用下转转一个步步矩角θs时，所作作的功为为WD=Tq*θs/360°2π工作台克克服负载载Fa、位移δδ所做的的功Wa=Fa*δ根据能量量守恒WDη=Wa得Tq=360°*δ*Fa/2*π*θs*η=360°*0.002*5000/2*3.14*0.75。*0.255N.mm=2997.3N.mm（2）确确定步进进电动机机最大静静转矩Tmax为为满足最最小步矩矩要求，，电动机机选用三三相六拍拍工方式式，根据据表6-3得Tq/Tmax=0.866，，则Tmax=299.73/0.866N.cm=346.11N.cm（3）确确定步进进电动机机运行频频率fmax=1000*vmax/60*δ=1000*0.8/60*0.002Hz=6650Hz根据以上上参数选选电动机机100BF003。。它的Tmax=800N.cm,θs=0.75°/1.5°fmax=7000。三、脉脉冲分分配由步进进电动动机的的工作作原理理知，，要使使电动动机正正常的的一步步一步步地运运行，，控制制脉冲冲必须须按一一定的的顺序序分别别供给给电动动机各各相，，例如如三相相单拍拍驱动动方式式，供供给脉脉冲的的顺序序为A-B-C-A或A-C-A，也也可称称为环环形脉脉冲分分配。。脉冲冲分配配有两两种方方式：：一种种是硬硬件脉脉冲分分配，，另一一种是是软件件分配配，是是由计计算机机的软软件完完成的的。1.脉脉冲分分配器器脉冲分分配器器可以以用门门电路路及逻逻辑电电路构构成，，提供供符合合步进进电动动机控控制指指令所所需的的顺序序脉冲冲。目目前已已经有有很多多可靠靠性高高、尺尺寸小小、使使用方方便的的脉冲冲分配配器供供选择择。按按其电电路结结构不不同可可分为为TTL集集成电电路和和CMOS集成成电路路。目前市市场提提供的的国产产TTL脉脉冲分分配器器有三三相（（YBO13））、四四相（（YBO14））、五五相（（YBO15））和六六相（（YBO16）），均均为18个个管脚脚的直直插式式封装装。CMOS集集成脉脉冲分分配器器也有有不同同型号号，例例如CH250型用用来驱驱动三三相步步进电电动机机，封封装形形式为为本16脚脚直插插式。。这两种种脉冲冲分配配器的的工作作方式式基本本相同同，当当各个个引脚脚连接接好之之后，，主要要通过过一个个脉冲冲输入入端，，控制制步进进的速速度；；一个个输入入端控控制电电动机机的转转向；；并有有与步步进电电动机机相数数相同同数目目的输输出端端分别别控制制电动动机的的各相相。2.软软件脉脉冲分分配在计算算机控控制的的步进进电动动机驱驱动系系统中中，通通常采采用软软件的的方法法实现现环形形脉冲冲分配配。图图6-9所所示是是一个个8031单片片机与与步进进电动动机驱驱动电电路接接口的的框图图。P1口口的三三个引引脚经经过光光电隔隔离/功率率放大大后，，分别别与电电动机机的A、B、C三相相连接接。当当采用用三相相六拍拍方式式时，，电动动机正正转的的通常常顺序序为A-AB-B-BC-C-CA-A；；电动动机反反转的的顺序序为A-AC-C-CB-B-BA-A。。它们们的环环形分分配如如表6-4所示示。蛇蛇P1的某某口为为高电电平时时，相相应的的电动动机相相通电电。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把表中中的数数值按按顺序序存入入内存存的EPROM中，，并分分别设设定表表头的的地址址为TAB0。。计算算机的的P1口按按从表表头开开始逐逐步加加1的的顺序序变化化，电电动机机正相相旋转转，如如果按按从TAB5，，逐步步减1的顺顺序变变化，，电动动机则则反转转。图图6-10是控控制电电动机机方向向、速速度的的子程程序流流程图图和源源程序序。子程序序的如如口、、出口口如下下：入口：：R6：步步进电电动机机步数数；R5：：正反反转控控制，，R5=0时为为正，，R5>0或R5<0时时为反反；R7：：TAB数数据表表指针针。以上参参数在在主程程序中中给定定。出口：：R7：子子程序序结束束时电电动机机的状状态，，供下下次调调用时时参考考。源程序序如下下：SBU1：：MOVDPTR，，#TABAJMPREDO；；转移移去判判断正正反转转DRIVER：：MOV，R7；；驱驱动步步进电电动机机MOVA，··A+DPTRMOVP1，，AACALLDELAY；；调调延时时子程程序DJNZR6，REDO；；距距离不不为0转移移MOVR7，，A；；为0保存存指针针后返返回RETREDO：：CJNER5，，#00，，NON；；如为为反转转则转转移CJNER7，#05，L1；；正转转：指指针不不到数数组尾尾转移移MOVR7，，#00H；；否否则指指针清清零AJMPDRIVERL1：：INCR7；；指针针加1AJMPDRIVERNON：CJNER7，#00H，，L2；；反转转：指指针不不在数数组首首转移移MOVR7，，#05H；；否则则指针针置5AJMPDRIVERL2：：DECR7；；指指针减减1TAB：DB01H，03H，02H，06H，04H，05H这里省省略了了延时时子程程序，，通过过改变变延时时时间间的长长短来来控制制电动动机的的速度度。在在以计计算机机为控控制核核心的的经济济型数数控机机床中中采用用软件件进行行脉冲冲分配配已形形成趋趋势。。虽然然软件件脉冲冲分配配增加加了编编程的的复杂杂程度度，但但它省省去了了环形形脉冲冲分配配器，，系统统减少少了器器件，，降低低了成成本，，也提提高了了系统统的可可靠性性。四、驱驱动电电源及及速度度控制制环型脉脉冲分分配器器输出出的电电流很很小，，必需需经过过功率率放大大。过过去常常采用用高低低压驱驱动电电源，，现在在则多多采用用恒流流斩波波和调调频调调压等等形式式的驱驱动电电源。。1.高高低压压驱动动电源源随着频频率增增大，，步进进电动动机负负载能能力下下降，，如图图6-11所示示，当当某一一相绕绕组通通电时时，三三极管管VT1导导通，，绕组组已经经加上上电压压，但但是绕绕组中中的电电流是是按着着指数数规律律上升升，并并将电电源的的一部部分能能量转转换成成势能能存储储在绕绕组中中，电电流的的时间间常数数为Ti=Lm/R（（6-5）式中Lm———步步进电电动机机一相相绕组组的平平均电电感量量；R———通电电回路路的电电阻，，包括括绕组组电阻阻，功功率放放大器器输出出级的的内阻阻及串串联电电阻。。当绕组组断电电，存存储于于绕组组中的的势能能将以以直线线形式式释放放出来来，电电流按按指数数规律律下降降，其其时间间常数数为Tu=Lm/Rd(6-6)式中Rd———放放电回回路电电阻，，它包包括绕绕组，，续流流二级级管正正相电电阻等等这使得得绕组组中电电流只只能缓缓慢的的增加加和下下降，，即电电流波波形有有不陡陡的前前沿和和后沿沿。当当输入入频率率较低低时，，每相相绕组组通电电和断断电的的周期期T较较长，，电流流I的的波形形比较较接近近于理理想的的矩行行波，，如图图6-12a所所示。。当频频率升升高后后，周周期T缩短短，电电流I来不不及上上升到到稳定定值就就下降降，电电流的的幅值值降低低，各各相绕绕组电电流几几乎同同时存存在，，如图图6-12b致致使负负载能能力下下降，，严重重时不不能起起动。。为了了提高高步进进电动动机的的动态态特性性，必必须使使电流流波形形前后后沿更更陡些些。在单一一电压压型电电源中中，可可以在在绕组组回路路中串串联一一个电电阻R0，，这时时电动动机的的电流流增长长的时时间常常数变变小，，为Ti=Lm/R+Ro(6-7)这样，，电流流波形形的上上升沿沿变陡陡，消消耗了了一部部分功功率。。为了了使电电流波波形更更陡，，在电电阻Ro两两端并并联电电容C，由由于电电容上上的电电压不不能突突变，，在绕绕组通通电瞬瞬间相相当于于R0短路路，电电源电电压全全部加加在电电动机机控制制绕组组上，，电流流迅速速提高高。二二极管管VD及串串联电电阻R1形形成放放电回回路，，绕组组断电电速度度放慢慢，减减小电电动势势，保保护三三极管管VT1。。这种种驱动动电源源线路路简单单，供供放元元件小小，成成本低低，但但功耗耗大，，只适适用于于小功功率的的步进进电动动机。。为了了弥补补这些些缺点点，常常采用用高低低压切切换型型电源源。图6-13a所所示是是一个个高低低压切切换型型电源源的原原理图图，当当有输输入的的控制制型号号u后后，三三极管管VT1，，VT2的的基极极有电电压输输入，，使VT1和VT2导通通，在在高压压电源源u1的作作用下下，二二极管管VD1承承受反反相电电压，，使低低电压压源不不起作作用。。因此此，电电流I可以以迅速速上升升，当当到达达a点点时，，利用用定时时电路路使VT1截止止，这这时切切换为为低压压电源源u2起作作用，，此时时绕组组中的的电流流如图图6-13b中中ab短所所示。。这种种电源源的电电动机机绕组组不需需串联联电阻阻，电电源功功耗小小，电电流波波形得得到了了很大大改善善矩平平特性性很好好。起起动和和运行行频率率得到到较大大的提提高。。2.恒恒流斩斩波驱驱动电电源双电压压功放放电路路缺点点是在在高低低连接接处出出现谷谷点，，引起起力矩矩在谷谷点时时下降降，而而斩波波型功功放电电路克克服了了这一一缺点点，并并提高高二．塑塑料导导轨镶粘塑塑料导导轨，，已广广泛用用于数数控机机床上上，其其摩擦擦系数数小，，且动动、静静摩擦擦系数数差很很小，，能防防止低低速爬爬行现现象；；耐磨磨性，，抗撕撕伤能能力强强；加加工性性和化化学稳稳定性性好，，工艺艺简单单，成成本低低，并并有良良好的的自润润滑性性和抗抗震性性。塑塑料导导轨多多与铸铸铁导导轨或或淬硬硬钢导导轨相相配使使用。。1.塑塑料导导轨的的类型型及特特点近年来来国内内已研研制了了数十十种塑塑料基基体的的复合合材料料用于于机床床导轨轨，其其中比比较引引人注注目的的为应应用较较广的的填充充PTEE（聚聚四氟氟乙烯烯）软软带材材料，，例如如美国国霞板板（Shanban）公公司的的得尔尔塞（（Turcite-B））塑料料导轨轨软带带及我我国的的TSF软软带。。Turcite-B自自润滑滑复合合材料料是在在聚四四氟乙乙烯中中填充充50%的的青铜铜粉，，据称称还加加有二二硫化化钼、、玻璃璃纤维维和氧氧化物物制成成带状状复合合材料料。具具有优优异的的减磨磨、抗抗咬伤伤性能能，不不会损损坏配配合面面，吸吸振性性能好好，低低速无无爬行行，并并可在在干摩摩擦下下工作作。塑料导导轨软软带与与其他他导轨轨相比比，有有以下下特点点：1)摩摩擦擦系数数低而而稳定定比比铸铸铁导导轨副副低一一个数数量级级。2)动动、、静摩摩擦系系数相相近运运动平平稳性性和爬爬行性性能较较铸铁铁导轨轨副好好。3)吸吸收收振动动具具有有良好好的阻阻尼性性。4)耐耐磨磨性好好有有自自身润润滑作作用，，无润润滑油油也能能工作作。5)化化学学稳定定性好好耐耐磨磨、耐耐低温温，耐耐强酸酸、强强碱、、强氧氧化剂剂及各各种有有机溶溶液。。6)维维护护修理理方便便软软带带耐磨磨，损损坏后后更换换容易易。7)经经济济性好好结结构构简单单，成成本低低，约约为滚滚动导导轨成成本的的1/20，为为三层层复合合材料料DU导轨轨成本本的1/4。2.Turcite-B塑料料软带带的工工作特特性贴塑导导轨的的摩擦擦特性性如如图图7-27所示示的摩摩擦系系数——速度度特性性曲线线可知知，其其动、、静摩摩擦系系数相相差很很小，，而且且摩擦擦系数数—速速度特特性曲曲线的的斜率率是正正斜率率，并并具有有良好好的自自润滑滑性，，所以以在短短油或或干摩摩擦下下也不不致拉拉伤导导轨面面。塑料导导轨的的pv值pv值值是摩摩擦副副的重重要技技术指指标。。在设设计机机床导导轨尺尺寸时时，应应根据据滑动动速度度v与与比压压p之之值按按图7-28所所示pv线线图选选取，，使p与v的交交点处处于曲曲线的的下方方。如如满足足不了了要求求，可可加大大导轨轨面积积，以以降低低比压压p值值来满满足要要求，，一般般导轨轨的比比压p=0.1Mpa~0.2Mpa。贴塑导导轨的的承载载能力力Turcite-B软软带的的变形形小，，在比比压p为14Mpa，温温度为为50°C时其其变形形不得得超过过原有有厚度度的5%。。在机机床导导轨上上使用用时，，在任任何情情况下下的变变形率率都应应低于于1%。因因此，，在设设计机机床导导轨尺尺寸时时应注注意减减小导导轨的的比压压，以以获得得较高高的运运动精精度。。此种种软带带的厚厚度有有0.8mm、、1.6mm及及3.2mm等等几种种。根根据承承载变变形宜宜选用用厚度度小的的规格格，如如考虑虑到加加工余余量，，一般般选用用厚度度为1.6mm(约约1/16")为宜宜。贴塑导导轨的的其他他性能能Turcite-B软软带粘粘结剪剪切强强度高高达7Mpa；；弹性性模量量小于于金属属材料料，可可防止止振动动，减减少噪噪音；；导轨轨副的的磨损损量小小，若若采用用定时时定量量润滑滑，可可进一一步提提高导导轨的的使用用寿命命。3.塑塑料软软带的的应用用及粘粘贴工工艺塑料导导轨副副多为为塑料料/金金属。。塑料料软带带一般般粘贴贴在短短的动动导轨轨上，，不受受导轨轨形式式的限限制，，各种种组合合形式式的滑滑动导导轨均均可粘粘贴。。粘贴贴工艺艺如下下：金属导导轨平平面加加工粘粘贴软软带的的导轨轨面可可刨或或可铣铣加工工成两两边带带支边边的表表面粗粗糙度度Ra25ηm～12.5ηηm的的凹槽槽或平平面，，槽边边各留留3mm～～10mm宽的的挡边边。槽槽深一一般可可选软软带厚厚度的的1/2～～2/3。。如加加工成成平面面，要要在两两边临临时粘粘接几几个等等高垫垫块，，防止止粘接接软带带加压压时移移位。。胶层层固化化后再再去掉掉垫块块。配配对金金属导导轨面面的粗粗糙度度要求求Ra0.4ηηm～～0.8ηηm，，太大大使软软带产产生划划痕，，太小小则不不能形形成聚聚四乙乙稀稀转移移膜，，会使使软带带加快快磨损损。对对磨导导轨面面硬度度要求求在25HRC以上上。软带切切成形形及清清洗粘粘接前前按导导轨面面的几几何尺尺寸将将软带带切割割成形形，适适当考考虑工工艺裕裕量。。软带带表面面需经经过处处理，，先用用各种种清洗洗剂包包括丙丙酮将将软带带洗净净，在在该牌牌号指指定的的去处处不可可粘性性的溶溶液中中按时时浸透透，再再用丙丙酮和和水等等清洗洗后干干燥备备用。。粘接及及加工工粘粘接接时，，将该该牌号号软带带指定定的胶胶粘剂剂按规规定工工艺用用刮刀刀分别别涂布布于软软带表表面和和粘接接软带带导轨轨面上上，使使胶层层中央央略高高于四四周。。粘接接层厚厚度0.1mm左右右，接接触压压力为为0.05Mpa～～0.1MPa。粘粘贴好好之后后，把把运动动部件件翻转转就位位扣压压在静静导轨轨上，，利用用运动动部件件自身身重量量或外外加一一定重重量，，使固固化压压力达达0.1Mpa～0.15MPa。经经24h室室温固固化，，将运运动部部件吊吊起翻翻转，，用小小木锤锤轻敲敲整条条软带带。若若敲打打时各各处声声响音音调一一致，，说明明粘接接质量量好。。然后后检查查动静静导轨轨的接接触精精度，，让导导轨副副对研研或机机械加加工，，并刮刮削到到接触触面的的斑点点符合合要求求（着着色点点面积积达50%以上上）为为止。。根据据设计计要求求，可可在软软带上上开出出油槽槽，油油槽一一般不不开穿穿软带带，宽宽度5mm左右右。并并可用用仪器器测出出软带带导轨轨的实实际摩摩擦系系数。。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。交流流伺伺服服电电动动机机采采用用了了全全封封闭闭无无刷刷构构造造，，不不需需要要定定期期检检查查维维修修。。定定子子省省去去了了铸铸造造件件壳壳体体，，结结构构紧紧凑凑，，质质量量小小。。定定子子铁铁心心较较一一般般电电动动机机开开槽槽多多且且深深，，绝绝缘缘可可靠靠，，磁磁场场均均匀匀。。可可对对定定子子铁铁心心直直接接冷冷却却，，散散热热效效果果好好，，因因而而传传动动机机械械部部分分的的热热量量少少，，提提高高了了整整个个系系统统的的可可靠靠性性。。转转子子采采用用具具有有精精密密磁磁极极形形状状的的永永久久磁磁铁铁，，因因而而可可得得到到高高的的转转矩矩/惯惯量量比比。。因因此此交交流流伺伺服服电电动动机机以以其其高高性性能能、、大大容容量量得得到到了了广广泛泛的的应应用用。。交流流伺伺服服电电动动机机提提高高其其性性能能的的关关键键在在于于解解决决对对交交流流电电动动机机的的控控制制与与驱驱动动，，目目前前采采用用的的是是一一种种新新的的控控制制方方法法，，利利用用微微机机对对交交流流电电动动机机作作矢矢量量变变换换控控制制。。第四四节节常常用用位位置置检检测测装装置置一、概述述1.位位置置检检测测装装置置的的要要求求在闭闭环环数数控控系系统统中中，，必必须须利利用用位位置置检检测测装装置置把把机机床床运运动动部部件件的的实实际际位位移移量量随随时时检检测测出出来来，，与与给给定定的的控控制制值值进进行行比比较较，，从从而而控控制制驱驱动动元元件件正正确确运运转转，，使使工工作作台台（（或或刀刀具具））按按规规定定的的轨轨迹迹和和坐坐标标移移动动。。因因此此，，位位置置检检测测装装置置是是数数控控机机床床的的关关键键部部件件之之一一，，它它对对于于提提高高数数控控机机床床的的加加工工精精度度有有决决定定性性的的影影响响。。为为此此，，对对位位置置检检测测装装置置提提出出如如下下要要求求：：(1)在在机机床床工工作作台台移移动动范范围围内内，，能能满满足足精精度度和和速速度度的的要要求求。。不不同同类类型型的的数数控控机机床床对对检检测测装装置置的的精精度度和和速速度度要要求求不不一一样样。。通通常常要要求求检检测测元元件件的的分分辨辨度度（（即即检检测测的的最最小小位位移移量量））在在0.0001~0.01mm之之内内，，测测量量精精度度在在±±0.01~±±0.02mm以以内内。。运运动动速速度度为为0~24m/min。。(2)在在机机床床的的工工作作环环境境下下，，能能可可靠靠地地工工作作，，亦亦即即受受温温度度影影响响小小，，抗抗干干扰扰能能力力强强，，并并能能长长期期保保持持精精度度。。(3)使使用用、、维维护护简简单单方方便便，，成成本本2.位位置置检检测测装装置置的的分分类类由于于工工作作条条件件和和测测量量要要求求不不同同，，数数控控机机床床常常用用以以下下几几种种测测量量方方式式；；（1））绝绝对对值值测测量量方方式式和和增增量量测测量量方方式式绝绝对对值值测测量量方方式式是是任任一一被被测测量量点点位位置置都都由由一一个个固固定定的的零零点点（（即即坐坐标标原原点点））算算起起，，每每一一测测量量点点，，都都有有一一个个相相应应的的对对原原点点的的测测量量值值。。而而增增量量测测量量方方式式检检测测的的是是相相对对位位移移量量，，有有多多个个测测量量基基准准，，任任何何一一个个对对中中点点都都可可作作为为测测量量起起点点，