数控机床的机械参数及其对系统的影响因素
数控机床的主轴、进给轴伺服控制系统大多数是机电式的，其输出都包含有某种类型的机械环节和元件，它们是控制系统的重要组成部分，其性能直接影响数控机床的品质。这些机械环节和元件一旦制造好后，其性能就难以显著地更改，远不如电气部分灵活易变。因此，数控机床的机械与数控装置的设计人员都必须明确地了解机械环节和元件的参散对机床数控系统性能的相互作用，以便密切配合。在设计阶段，就应仔细考虑相互间的各种要求，做出合理的设计。从机械角度来看，需要考虑的包括：有关的负载，驱动力或驱动力矩，摩攘力或摩擦力矩，死区、传动系统的间隙、刚性、惯性矩和共振频率等。 摩擦 相互间接触的两物体有相对运动或有运动趋势时就存在摩擦。在接触面同产生的切向运动阻力即为摩擦力。在应用上，摩擦力可分为三类：粘性摩擦力、库仑摩擦力和静摩擦力。 库仑摩擦力是物体运动时接触面对运动物体所呈现的阻力（或阻力矩），它是一个常数。 静摩擦力是物体有运动倾向但仍处于静止时呈现的摩擦力，最大值发生在开始运动的瞬间，一旦运动开始，静摩擦力即消失。 在数控机床上产生低速爬行主要是因机床导轨与工作台之间的摩擦力而引起的，因此，减少低速爬行的措施是减少机床导轨静、动摩擦系数的差，减少滑动面的摩擦阻力，提高传动件的刚度。目前采用得较多的方法是在滑动面上贴塑料导轨软带。贴塑后改变了数控机床导轨的摩擦特性，使导轨的静、动摩擦系数相差很小。当机床速度较高时则可采用滚动导轨。 摩擦引起系统的失动 数控机床的伺服驱动装置应用效字逻辑电路和离散的输入信号控制系统运行。数控机床运行时很重要的一项精度指标即定位精度，它指伺服系统按照允许的输入位移指令进行定位时可能产生的最大偏差，主要表示伺服系统准确执行定位指令的能力。 失动则表示指令位置没有达到的情况。在评价系统的失动时，通常把它折合成直线运动，按双向趋近，即把从右边和左边向同一点定位时平均值之差定义为失动量，失动可以是由于伺服驱动系统滚珠丝杠与螺母的间隙，传动链的扭转（角度变形，即扭曲）或负载构件的挠曲（轴向压缩变形）等因素所引起，实际上总的失动量是这些因素的综合。而摩擦则以间接的方式助长系统的失动，即由于静摩擦力的存在，必须用更大的力来克服它才能使系统运动，因而使驱动元件的扭转变形也增大。 间隙 在齿轮副、滚珠丝杠副或其他类似的传动链中，两啮合面之间总耍留出一个小的活动量，这就是“间隙”。间隙的存在对于工作在可逆运转的传动装置中就造成了回差，其输出、输入关系具有滞环特性。 运动副的传动间隙是导致反向误差的主要因素之一。如果数控系统不能补偿此项误差，就会直接影响加工精度。更大的影响是：由于间隙是非线性系统，所以容易使系统不稳定，产生自激振荡。特别是在全闭环系统中，自激振荡将导致系统不能稳定、可靠地运行。 刚度与扭转谐振 为了减少系统中构件的扭转和变形，每一个构件都必须有足够的刚度，足以承受所加的载荷。在伺服驱动系统中，当转矩作用于并非绝对刚体的电动机转轴时，将产生不同程度的弹性变形，可能会引起谐振的出现。在转动中，轴的偏移在机械系统各部位均不相同，相对的角位移取决于激振顿率和系统参数。在某些频率下，可能发生两部分相位相反的角偏移，这种情况使机械系统储集动能，结果使偏移角增大，该现象称为扭转谐振。一个设计良好的伺服系统，其激振频率通常远落在系统带宽之外，以避免激起机械结构谐振。 质量与惯量 质量与惯量是机电式伺服系统的重要参数，正如前述，伺服电动机-传动装置-负载组成的驱动系统可看成是一个质量-弹簧-阻尼系统，它具有一定的谐振频率。 可见谐振频率与刚度成正比，与惯量或质量成反比。要使机械部件具有较高的刚度而不致产生挠曲和扭转，就必须将其设计得很坚固，这样一来机械部件的尺寸和质量（惯量）也随之增大，而质量的增大往往又引起摩擦力增大。因此，系统设计时需综合考虑和优化处理。
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