电源是维持系统正常工作的能源支持部分,它失效或故障的直接结果是造成系统的停机或毁坏整个系统。另外,数控系统部分运行数据,设定数据以及加工程序等一般存贮在RAM存贮器内,系统断电后,靠电源的后备蓄电池或锂电池来保持。因而,停机时间比较长,拔插电源或存贮器都可能造成数据丢失,使系统不能运行。
同时,由于数控设备使用的是三相交流380V电源,所以安全性也是数控设备安装前期工作中重要的一环,基于以上的原因,对数控设备使用的电源有以下的要求:
一、电网电压波动应该控制在+10%——-15%之间,而我国电源波动较大,质量差,还隐藏有如高频脉冲这一类的干扰,加上人为的因素(如突然拉闸断电等)。电高峰期间,例如白天上班或下班前的一个小时左右以及晚上,往往超差较多,甚至达到±20%。使机床报警而无法进行正常工作,并对机床电源系统造成损坏。甚至导致有关参数数据的丢失等。这种现象,在CNC加工中心或车削中心等机床设备上都曾发生过,而且出现频率较高,应引起重视。
建议在CNC机床较集中的车间配置具有自动补偿调节功能的交流稳压供电系统;单台CNC机床可单独配置交流稳压器来解决。
二、建议把机械电气设备连接到单一电源上。如果需要用其他电源供电给电气设备的某些部分(如电子电路、电磁离合器),这些电源宜尽可能取自组成为机械电气设备一部分的器件(如变压器、换能器等)。对大型复杂机械包括许多以协同方式一起工作的且占用较大空间的机械,可能需要一个以上的引人电源,这要由场地电源的配置来定。
除非机械电气设备采用插头/插座直接连接电源处,否则建议电源线直接连到电源切断开关的电源端子上。如果这样做不到,则应为电源线设置独立的接线座。
电源切断开关的手柄应容易接近,应安装在易于操作位置以上0.6M——1.9M间。上限值建议为1.7M。这样可以在发生紧急情况下迅速断电,减少损失和人员伤亡。
三、数控设备对于压缩空气供给系统的要求数控机床一般都使用了不少气动元件,所以厂房内应接人清洁的、干燥的压缩空气供给系统网络。其流量和压力应符合要求。压缩空气机要安装在远离数控机床的地方。根据厂房内的布置情况、用气量大小,应考虑给压缩空气供给系统网络安装冷冻空气于煤机、空气过滤器、储气罐、安全阀等设备。
四、数控设备对于工作环境的要求精密数控设备一般有恒温环境的要求,只有在恒温条件下,才能确保机床精度和加工度。一般普通型数控机床对室温没有具体要求,但大量实践表明,当室温过高时数控系统的故障率大大增加。
潮湿的环境会降低数控机床的可靠性,尤其在酸气较大的潮湿环境下,会使印制线路板和接插件锈蚀,机床电气故障也会增加。因此中国南方的一些用户,在夏季和雨季时应对数控机床环境有去湿的措施。
1、工作环境温度应在0——35℃之间,避免阳光对数控机床直接照射,室内应配有良好的灯光照明设备。
2、为了提高加工零件的精度,减小机床的热变形,如有条件,可将数控机床安装在相对密闭的、加装空调设备的厂房内。
3、工作环境相对湿度应小于75%。数控机床应安装在远离液体飞溅的场所,并防止厂房滴漏。
4、远离过多粉尘和有腐蚀性气体的环境。
精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度,一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小,另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中,对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的,反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。可以说,数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。位移检测系统能够测量的最小位移量称做分辨率。分辨率不仅取决于检测元件本身,也取决于测量线路。在设计数控机床、尤其是高精度或大中型数控机床时,必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量,一般要求比加工精度高一个数量级。总之,高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。例如,数控机床中常用的直线感应同步器的精度已可达±0.0001mm,即0.1μm,灵敏度为0.05μm,重复精度0.2μm;而圆型感应同步器的精度可达0.5n,灵敏度0.05n,重复精度0.1n。
在典型的二阶系统中,阻尼系数x=1/2(kt)-1/2,速度稳态误差e(∞)=1/k,其中k为开环放大倍数,工程上多称作开环增益。显然,系统的开环放大倍数是影响伺服系统的静态、动态指标的重要参数之一。一般情况下,数控机床伺服机构的放大倍数取为20~30(1/s)。通常把k<20范围的伺服系统称为低放大倍数或软伺服系统,多用于点位控制。而把k>20的系统称为高放大倍数或硬伺服系统,应用于轮廓加工系统。
假若为了不影响加工零件的表面粗糙度和精度,希望阶跃响应不产生振荡,即要求是取值大一些,开环放大倍数k就小一些;若从系统的快速性出发,希望x选择小一些,即希望开环放大倍数~增加些,同时k值的增大对系统的稳态精度也能有所提高。因此,对k值的选取是必需综合考虑的问题。换句话说,并非系统的放大倍数愈高愈好。当输入速度突变时,高放大倍数可能导致输出剧烈的变动,机械装置要受到较大的冲击,有的还可能引起系统的稳定性问题。这是因为在高阶系统中系统稳定性对k值有取值范围的要求。低放大倍数系统也有一定的优点,例如系统调整比较容易,结构简单,对扰动不敏感,加工的表面粗糙度好。
数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备,如果发生故障其损失就更大,所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一,其定义为:产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的概率。对数控机床来说,它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等,例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能,例如数控机床的各种机能,伺服性能等。
平均故障(失效)间隔时间(mtbf)是指发生故障经修理或更换零件还能继续工作的可修复设备或系统,从一次故障到下一次故障的平均时间,数控机床常用它作为可靠性的定量指标。由于数控装置采用微机后,其可靠性大大提高,所以伺服系统的可靠性就相对突出。它的故障主要来自伺服元件及机械传动部分。通常液压伺服系统的可靠性比电气伺服系统差,电磁阀、继电器等电磁元件的可靠性较差,应尽量用无接触点元件代替。
在数控机床的加工中,伺服系统为了同时满足高速快移和单步点动,要求进给驱动具有足够宽的调速范围。单步点动作为一种辅助工作方式常常在工作台的调整中使用。伺服系统在低速情况下实现平稳进给,则要求速度必须大于“死区”范围。所谓“死区”指的是由于静摩擦力的存在使系统在很小的输入下,电机克服不了这摩擦力而不能转动。此外,还由于存在机械间隙,电机虽然转动,但拖板并不移动,这些现象也可用“死区”来表达。
数控机床一般由nc控制系统、伺服驱动系统和反馈检测系统3部分组成。数控机床对位置系统要求的伺服性能包括:定位速度和轮廓切削进给速度;定位精度和轮廓切削精度;精加工的表面粗糙度;在外界干扰下的稳定性。这些要求主要取决于伺服系统的静态、动态特性。对闭环系统来说,总希望系统有较高的动态精度,即当系统有一个较小的位置误差时,机床移动部件会迅速反应。上述几方面对数控机床位置伺服系统所要求的伺服性能进行了分析,并提出了系统稳定运行的可靠性指标,该研究结果可用于伺服数控系统的设计,也可用于现有数控机床的改造以提高其工作精度。
目前数控机床因受元件质量、工艺条件及费用等限制,其可靠性还不很高。为了使数控机床能得到工厂的欢迎,必须进一步提高其可靠性,从而提高其使用价值。在设计伺服系统时,必须按设计的技术要求和可靠性选择元器件,并按严格的测试检验进行筛选,在机械互锁装置等方面,必须给予密切注意,尽量减少因机械部件引起的故障。
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