机械传动部件影响伺服机构性能的因素
发布时间：2013-06-26 浏览次数：624
张建伟 张莉军
（齐齐哈尔机床厂，齐齐哈尔 161005）
驱动各加工坐标轴运动的传动装置就称为进给伺服系统。它包括机械传动部件和产生主动力，控制其运动的各种驱动装置。机械传动部件通常有：进给齿轮箱、滚珠丝杠螺母副、工作台或刀架等。机械传动部件在伺服机构中的重要性常常被机床的用户忽视，特别是在机床出现故障进行维修时，首先是找电气人员，过多地依赖电气人员，而不是首先检查机械，检查传动链中各机械环节的故障因素。只有在机械传动部件良好的条件下才能迅速找出电气系统中的故障因素，也只有在这种条件下，才能调试出优良性能的伺服系统，提高机床的加工精度。
机械传动部件影响伺服机构性能的因素有以下几方面：
（1）刚性：部件的刚性好就是说它的弹性变形小。这样的部件组成的传动链受负载的扰动时不易引起振动，传动灵敏，接收到运动指令后可立即跟随，动作传递性好，因之可以获得较高的运动精度。容易引起刚性问题的部件主要有：连轴节、滚珠丝杠。这些部件的刚性，在机床使用过程中一般变化不大，只是在设计时应该考虑有适当的变形量。
（2）间隙：它包括各机件间的连接间隙，伺服机构运动时表现为反向间隙，是构成运动损失量（又称失动量）的一部分：在开始接受到运动指令时，坐标轴不动。因此，在半闭环系统中会造成位置误差。在全闭环系统中，这等于加入一个延时环节，因此会影响系统的运动特性。当然，在CNC系统中，对间隙都做了补偿，这只能是减轻了间隙对伺服机构的影响程度，绝不会免除其造成的恶果。这是因为：（1）不可能做到完全补偿，补偿是静态的，而运动会造成动态间隙；（2）补偿是只有一个，而正反向间隙不会是一致的。在工作中，间隙是要变化的。机床经过一段时间工作后，应检查其间隙，一经发现变化，应修改CNC系统中补偿量的设定值。
（3）摩擦：摩擦是Z影响伺服性能的因素，导轨与工作台面的摩擦性能一直是开发数控机床的研究课题。摩擦过大过小都会造成系统的振荡。摩擦系数不当会造成低速的爬行。摩擦是比较难以掌握的，因为：（1）有动、静摩擦的变化。系统起动瞬间为静摩擦，运动后则变化为动摩擦。两种状态下摩擦系数又相差太远。（2）影响摩擦力的因素太多，在加工过程中时时都在变化。这些因素是：工作重量、吃刀量、切削力、润滑……润滑又受温度影响较大，因而由于温度变化，使润滑条件改变，从而使摩擦力改变，进而影响伺服性能的现象在闭环系统中不乏实例。总之，摩擦是机床工作中应该时时注意的问题。
（4）惯量：惯量或者惯性也是一个严重影响伺服性能的因素，直接影响的是伺服系统的机械时间常数，机械时间常数大会使过渡过程缓慢，调节参数调整不当时会使系统振荡。惯量大就使机械时间常数加大。在机床使用过程中，进给传动中的惯量一般变化不大。这里值得注意的问题是：在选择伺服机构的驱动系统时应使电机的允许惯量与机械部件的折算后惯量相匹配。如果超过电机的允许惯量值，轻者会使过渡过程变慢，严重时会导致系统的振荡。这是因为惯量大意味着跟随指令变化性的迟缓，反应不灵敏。惯量大的系统调整不当时，很难得到响应快、精度高的高级伺服性能。
（5）负载的均匀性：数控机床应该说是精度较高的机床。由于工件重量的变化，切削过程中切削力的变化，传动链中机械咬合松紧度的变化……都是对伺服系统的负载变化扰动量。若是伺服驱动系统调整不太好，频带不太宽，或是运行于临界状态，这些扰动都是造成振荡的原因。如某机床在立柱上的刀架，由于平衡不太好，下降时松，上升时紧，造成上升时运动不平稳，引起位置检测元件不能正常检测，向CNC系统发出报警信息。负载不平衡、不均匀的现象在闭环系统中应引起注意。据有的资料介绍，负载的不均匀性应小于20%。
（6）温度变形：在高精度数控机床中，传动链的温度变形会影响到伺服精度。
来源：《机械设计与制造》2001年01期
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