课程设计（论文）-数控车床半闭环控制系统设计

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1、引言4设计任务4第一章伺服系统的概述5第二章半闭环控制系统设计52.1系统方案设计52.1．1控制方案的确定62.1.2伺服驱动元件方案的选择62.1.3检测反馈元件的选择62.1.4机械系统与控制系统方案的确定62.2具体方案的设计计算和选择62.2.1主切削力及其切削分力计算62.2.2导轨摩擦力的计算72.2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力72.2.4确定进给传动链的传动比i和传动级数72.2.5滚珠丝杠的动载荷计算、直径估算和设计82.2.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核和设计92.2.7计算机械传动的刚度112.2

2、.8电动机的选型与计算122.2.9增量式旋转编码器的选用152.3机械传动系统152.3.1机械传动系统的动态分析152.3.2机械传动系统的误差计算与分析162.4进给系统的设计162.4.1齿轮箱的设计162.4.2床身及导轨……………………………………………………………………..172.4.3中间轴的设计19第三章数控系统硬件电路设计20第四章系统控制软件的设计224.1．控制软件的主要内容224.2软件设计224.2.1.系统控制功能分析224.2.2.系统管理程序控制234.2.3自动加工程序设计2419数控车

3、床半闭环控制系统设计一.引言现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。随着科学技术的发展，市场需求的产品日益逐渐复杂精密，精度要求也越来越高、更新换代的周期也变的越来越短，从而促进类暗袋制造业的发展，尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业，

4、其中普通机床进行加工（精度低、效率低、劳动度大）已无法满足大生产量要求，于是一种新型的用数字程序控制的机床应运而生，这种机床运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机械一体化典型产品即数控机床。二、设计任务设计参数如下：横向：1.工作台重量：W=300N；2.最大进给速度：=1000mm/min；3.行程：S=200mm；4.脉冲当量：=0.004mm/P；纵向：1.工作台重量：W=800N；2.行程：S=650mm；3.脉冲当量：=0.006mm/P；4.最大进给速度：=2000mm/min；总体：x、y

5、方向定位精度都为mm；滚珠丝杠的基本导程；第一章伺服系统的概述19数控伺服系统是指一机床运动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称为随动系统。数控伺服系统的作用在于接受来自数控装置的进给脉冲信号，经过一定的信号变换及电压、功率放大，驱动机床运动部件实现运动，并保证动作的快速性和准确性。作为数控装置和机床的联系环节它是数控机床的重要组成部分，研究和开发高性能伺服系统是现代数控机床的关键技术之一。机电一体化伺服系统要求具有精度高、响应速度快、稳定性好、负载能力强和工作频率范围大登记处要求，同时还要求体积小、重量轻、可靠

6、性高和成本低等要求。第二章半闭环控制系统设计数控机床又分很多种类，其中按控制方式分类就包括开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三种。1.开环控制(Open-loopcontrolsystem)指调节系统不接受反馈的控制，只控制输出,不计后果的控制。又称为无反馈控制系统，在数控机床中由步进电动机和步进电动机驱动线路组成。数控装置根据输入指令，经过运算发出脉冲指令给步进电动机驱动线路，从而驱动工作台移动一定距离，这种伺服系统比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。所以一般仅用于可以不考虑外界影响，或

7、惯性小，或精度要求不高的一些经济型数控机床。2.闭环控制（closed-loopcontrolsystem）则是由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，又称反馈控制系统。在数控机床中由伺服电动机、比较线路、伺服放大线路、速度检测器和安装在工作台上的位置检测器组成。这种系统对工作台实际位移量进行自动检测并与指令值进行比较，用差值进行控制。这种系统定位精度高，但系统复杂，调试和维修困难，价格较贵，主要用于高精度和大型数控机床。3.半闭环伺服系统的工作原理和闭环伺服系统相似，只是位置检测器不是安装在工作台上，而是安装

8、在伺服电动机的轴上。这种伺服系统所能达以的精度、速度和动太特性优于开环伺服系统，其复杂性和成本低于闭环伺系统，主要用于大多数中小型数控机床，且能满足市场要求所以，目前应用最为广泛。如图所示：半闭环控制系统示意图2.1系统方案设计2.1．1控制方案的确定闭环或半闭环控制方案的选择主要取决于机床精度要求。当