張小紅

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；半閉環(huán)；交流伺服系統(tǒng)；靜態(tài)特性；動態(tài)響應(yīng)特性

【分類號】TG659

根據(jù)校辦企業(yè)加工實物（鞋面定型螺釘），其產(chǎn)品為批量生產(chǎn)，產(chǎn)品主要的加工性能為，精度要求一般，效率要求較高。由于學院的機床都是07年統(tǒng)一購置，而且機床缺乏正確的保養(yǎng)，有一批機床已報廢，根據(jù)這一現(xiàn)狀，通過對已報廢的數(shù)控車進行改造，改造成專門用于鞋面定型機螺釘專用機床。通過機床的改造，其一能夠利用廢舊機床，根據(jù)實際需要，變廢為“寶”；其二能夠在改造機床的過程中提高教師的專業(yè)能力水平；其三使學生能夠參與其中，得到鍛煉。鞋面定型機螺釘加工圖紙如圖1所示：

一、鞋面定型機螺釘專用機床進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計理念

根據(jù)鞋面定型機螺釘專用機床的加工對象，確認采用半閉環(huán)交流進給伺服系統(tǒng)加工零件。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作原理是應(yīng)用伺服電機帶動移動部件的運動，脈沖編碼器的選擇是裝在電動機內(nèi)部，通過速度檢測器件來構(gòu)成該特定的半閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖2所示。

二、鞋面定型機螺釘專用機床進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計思路

近年來，用戶對零部件的加工要求越來越高，精度的保證在通用件的使用性能上，可以提高利用率，設(shè)計出具有高效、高精度、高可靠性及高快速響應(yīng)等特性的數(shù)控機床已經(jīng)成為世界各國研究的重點。為此伺服裝置機構(gòu)靜動態(tài)特性的優(yōu)劣就顯得尤為重要，為增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高速響應(yīng)特性，選擇更優(yōu)的伺服系統(tǒng)參數(shù)成為整個研究的重點。

作為加工鞋面定型機螺釘?shù)臋C床來說，首先應(yīng)考慮到干擾的影響；其次要考慮到過載的影響，再者要特別對機械振動引起重視，因為振動會對零件的疲勞強度產(chǎn)生影響。這些影響會減弱設(shè)備的使用期，進而影響設(shè)備的使用壽命，因此要考慮一定的保險系數(shù)。

為更好的提高教師的動手能力和實踐教學能力，把一臺報廢的數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)進行重新設(shè)計，設(shè)計改造成為適應(yīng)教學和加工一體的專用機床。為了更好的把原有數(shù)控車床改造成能夠適應(yīng)實際生產(chǎn)產(chǎn)品和教學一體化機，通過生產(chǎn)產(chǎn)品的類型、尺寸等數(shù)據(jù)可以準確地計算機床的加工能力，為了滿足加工精度和加工效率的要求，對已報廢的一臺數(shù)控車床的整個伺服系統(tǒng)進行翻新。根據(jù)加工零件特性，選擇伺服電機，對機械部分進行裝配，對部分零件進行配型，達到加工零件所需精度要求。另外這臺機床可能還有其他部分有待維修，將對這部分進行綜合分析，得出結(jié)論，加以改造或修復(fù)。改造的原由是成本較低，與一般購置新的數(shù)控機床相比可以節(jié)約50%～60%，又能促進教學、生產(chǎn)、科研為一體的效果。特別是對機床的特性有了更進一步的了解，對使用過程中出現(xiàn)的問題可以更快的維修好，具有一定的經(jīng)濟時效。

三、 鞋面定型機螺釘專用機床進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計方案

數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)是非常重要的部分，伺服系統(tǒng)的作用是接收來自數(shù)控裝置的脈沖信號并將其轉(zhuǎn)換為機床移動部件的運動，由伺服電機、驅(qū)動信號控制轉(zhuǎn)換電路、電力電子驅(qū)動放大模塊、速度調(diào)節(jié)單元、位置調(diào)節(jié)單元、電流調(diào)節(jié)單元、檢測裝置等組成。

鞋面定型機螺釘采用的原材料是45鋼，其材料在行業(yè)當是常用軸類零件材料。通過用機床車削加工后采用調(diào)質(zhì)或者正火等熱處理方式，能夠完善鞋面定型機螺釘?shù)那邢餍阅?，也可以滿足鞋面定型機螺釘?shù)膹姸燃捌漤g性等使用要求。

根據(jù)材料抗拉強度：600Mpa； 屈服強度：355Mpa；伸長率：16%；收縮率：40%；沖擊功：39J；熱軋鋼：≤229HB；退火鋼：≤197HB等性能指標，對鞋面定型機螺釘專用機床的伺服系統(tǒng)的設(shè)計提供了依據(jù)。

綜合考慮各系統(tǒng)的優(yōu)缺點，根據(jù)生產(chǎn)需要和教學要求，本機床的加工精度要求不是很高，在加工上述零件和教學中，機床的刀架需要頻繁轉(zhuǎn)動，也為了降低設(shè)計成本，選擇結(jié)構(gòu)相對簡單，精度較好的半閉環(huán)控制系統(tǒng)。

具體方案如下：

1.研究伺服系統(tǒng)的理論，并應(yīng)用于數(shù)控機床系統(tǒng)當中；

2.對鞋面定型機螺釘專用機床的伺服系統(tǒng)進行設(shè)計，建立數(shù)學模型，并分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，進而對該系統(tǒng)進行全面研究；

3.制作實體模型，實際運動，檢測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析，并進行反饋，從而優(yōu)化伺服系統(tǒng)；

4.根據(jù)設(shè)計要求對伺服電機進行選型，裝配機械結(jié)構(gòu)部分，電源連接，對機床進行調(diào)試，進行工件試切，分析數(shù)據(jù)，為達到正常的加工效果對機床進行調(diào)整；

5.按照有關(guān)要求對鞋面定型機螺釘進行加工，經(jīng)檢測零件尺寸來檢驗加工質(zhì)量；

6.記錄有關(guān)數(shù)據(jù)，進行總結(jié)，形成文字稿，撰寫論文。

四、機械部分的改造方案

伺服系統(tǒng)的機械構(gòu)成，如圖4所示，包括伺服電機、絲杠、同步輪和同步帶、滾珠絲杠副、軸承、和移動部件等。輸入端為伺服電機的角位移，輸出為執(zhí)行元件的動作。電機通過同步帶和同步輪相連接，滾珠絲杠螺母副帶著刀架作直線運動。

論文主要是根據(jù)實際機床的數(shù)據(jù)進行優(yōu)化，通過生產(chǎn)產(chǎn)品的類型、尺寸等數(shù)據(jù)可以準確地計算出該數(shù)控機床的加工能力，為了提高精度和效率。對數(shù)控車床整個伺服系統(tǒng)進行改造。根據(jù)加工零件的要求，選擇伺服電機，并對機械進給裝置部分進行匹配，對部分零件進行配型，已達到所需的加工精度要求。另外對機床存在的其它故障進行部分功能恢復(fù)。主要是進行了鞋面定型螺釘機專用機床伺服系統(tǒng)的設(shè)計，并運用一臺舊機床的進行改造，根據(jù)特定的鞋面定型機螺釘專用機床要求，提出伺服系統(tǒng)、伺服電機、機械傳動部分的改造方案并進行重新設(shè)計，使得改造后的機床滿足加工要求，并對該伺服系統(tǒng)的靜態(tài)響應(yīng)特性和動態(tài)響應(yīng)特性進行模擬仿真，通過系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，分析影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的各種原因，對部分影響因素進行對比仿真，以求該因素對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響規(guī)律。最后對改造機床進行配線、調(diào)試、試運行，最終設(shè)計出鞋面定型機螺釘專用機床，滿足加工要求。