分為靜載荷和動載荷課件

15.4.2經濟型數(shù)控車床縱向進給系統(tǒng)的設計

已知拖板重W=2000N，拖板與貼塑導軌間摩擦系數(shù)μ＝0.06，車削時最大車削負載Fs＝2150N（與運動方向相反），y向切削分力Fy＝2Fz＝4300N（垂直于導軌），要求刀具切削時的進給速度ν1＝10～500mm/min，快速行程速度ν2＝3000mm/min，滾珠絲杠名義直徑d0＝32mm，導程tsp＝6mm，絲杠總長L＝1400mm，拖板最大行程為1150mm，定位精度±0.01mm，試選擇合適的步進電動機，并檢查其起動特性和工作速度。

15.4.2經濟型數(shù)控車床縱向進給系統(tǒng)的設計2233445

初選步三相進電動機的步距角為0.75°/1.5°,當三相六拍運動時，步距角

解：

（1）脈沖當量的選擇

其每轉脈沖數(shù)

根據(jù)脈沖當量δ的定義，初選δ＝0.01mm/p，由此可得中間齒輪傳動速比i為選小齒輪齒數(shù)Z1＝20，Z2＝25，模數(shù)m＝2mm。5初選步三相進電動機的步距角為0.75°/1.5°,當61）滾珠絲杠的轉動慣量Js

（2）等效轉動慣量計算

式中的鋼密度2）拖板運動慣量換算到電機軸上的轉動慣量JW

3）大齒輪的轉動慣量Jg2

式中b2＝10mm，為大齒輪寬度61）滾珠絲杠的轉動慣量Js（2）等效轉動慣量計算式中的74）小齒輪的轉動慣量Jg1式中b1＝12mm，為小齒輪寬度折算到電機軸上總慣性負載Je為（3）等效負載轉矩計算

1)折算到電動機軸上的摩擦轉矩

η—絲杠預緊時的傳動效率，取η＝0.874）小齒輪的轉動慣量Jg1式中b1＝12mm，為小齒輪寬度82）空載起動時折算到電動機軸上的最大附加力矩

式中η0＝0.9，F(xiàn)p0＝1/3Fz3)空載啟動時折算到電機軸上的最大加速度轉矩

取起動加速時間ta＝0.03s82）空載起動時折算到電動機軸上的最大附加力矩式中η0＝09初選步進電動機型號110BYG260B，它的矩頻特性曲線如圖所示。9初選步進電動機型號110BYG260B，它的矩頻特性曲線如10其最大靜轉矩Mjmax＝9.5N.m，轉動慣量Jm＝9.7kg.cm2，fm=1600Hz，故有①快速空載起動所需轉矩Mq②最大切削負載時所需力矩Mc10其最大靜轉矩Mjmax＝9.5N.m，①快速空載起動所需11③快速進給時所需轉矩Mk

由計算可知，Mq，Mc，Mk三種工況下以快速空載起動所需轉矩最大，以此項作為初選步進電動機的依據(jù)。（4）步進電動機的動態(tài)特性校驗11③快速進給時所需轉矩Mk由計算可知，Mq，M12該步進電動機帶慣量的最大起動頻率步進電機工作時最大空載起動頻率和切削時的最大工作頻率由此與fc對應的Mc按前述的最大靜轉矩校核即可。由圖得fq＝5000Hz時，Mdmk＝8.5N.m，Mq<Mdmk12該步進電動機帶慣量的最大起動頻率步進電機工作時最大空載起135．5控制理論方法的基本內容和步驟伺服系統(tǒng)設計的工程方法包含的基本內容和步驟1伺服系統(tǒng)的技術性能指標2擬定伺服系統(tǒng)的原理圖及其元部件的選擇3建立伺服系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型4根據(jù)數(shù)學模型，進行綜合校正以滿足給定性能指標135．5控制理論方法的基本內容和步驟伺服系統(tǒng)設計的工程方14

控制理論方法是根據(jù)經典控制理論和現(xiàn)代控制理論和方法來進行設計的，已經形成一個相當完整、內容極為豐富的理論和方法體系。

它能解決動力學方法末能解決的問題，即對伺服系統(tǒng)五個方面的基本要求。對伺服系統(tǒng)的基本要求：1穩(wěn)定性系統(tǒng)在其工作范圍內是穩(wěn)定、可靠的；2精度比較經濟地達到給定精度的要求；3快速性系統(tǒng)輸出響應指令輸入的速度要快；4靈敏度系統(tǒng)對參數(shù)變化的靈敏度要小，即系統(tǒng)性能不因參數(shù)變化而受到太大的影響；5抗干擾性系統(tǒng)應具有良好的抵抗外部負載干擾和高頻噪聲的能力等。

其原因在于動力學方法是按機電傳動系統(tǒng)來進行設計計算的，因此，是一種近似的設計方法。對于工程實際，其伺服系統(tǒng)是相當復雜的，通常是由具有眾多機電參數(shù)的、高階的非線性的控制系統(tǒng)，需要設定一些基本參數(shù)、根據(jù)具體條件進行適當?shù)亟惦A和線性化，才能便于設計計算，這便形成了伺服系統(tǒng)設計的工程方法。14控制理論方法是根據(jù)經典控制理論和現(xiàn)代控151）穩(wěn)定性和動態(tài)性能指標①穩(wěn)定性：經典控制論特征根是否位于復平面左側，現(xiàn)代控制論判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性采用李亞普諾夫定理（即判斷矩陣是否正定）②動態(tài)性能指標常用的描述方法從三個方面評價時域指標：超調量σp％，調整時間，振蕩次數(shù)，上升時間，峰值時間，延遲時間；頻域指標：諧振峰值，諧振頻率，通頻帶寬度開環(huán)頻率特性（相對穩(wěn)定性）指標：截止頻率，相角裕量，幅值裕量，開環(huán)增益，系統(tǒng)類型1．伺服系統(tǒng)的技術性能指標151）穩(wěn)定性和動態(tài)性能指標1．伺服系統(tǒng)的技術性能指標16●

靜態(tài)誤差：當輸入為零時，輸出與輸入之間的最大位置誤差?！袼俣雀櫿`差：輸入為最大速度(恒速輸入)時，輸入與輸出之間的位置誤差?！窦铀俣雀櫿`差：輸入為最大等加速度時的位置誤差?！裨诮o定頻帶的正弦信號輸入時，伺服系統(tǒng)的最大允許誤差。以上穩(wěn)態(tài)性能指標都可作為對伺服系統(tǒng)指令輸入時的精度指標。在負載干擾或噪聲干擾輸入作用下，伺服系統(tǒng)也會產生誤差，其原理與指令輸入產生的誤差相同。2）精度指標16●靜態(tài)誤差：當輸入為零時，輸出與輸入之間的最大2）精度173）對元件參數(shù)變化的靈敏度指標

靈敏度則應包含在系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性要求之內。但對有些伺服系統(tǒng)，如飛機自動駕駛儀系統(tǒng)其對象(飛機)的參數(shù)會在大范圍內變動(指飛行高度和飛行速度)，這就需要分析控制系統(tǒng)對參數(shù)變化的靈敏度。環(huán)境溫度、濕度、腐蝕性和防爆性等方面的具體指標。4）環(huán)境條件的要求2擬定伺服系統(tǒng)的原理圖及其元部件的選擇

根據(jù)具體設計任務要求，擬定系統(tǒng)控制方案及原理圖，正確選擇或設計其元部件。既涉及控制原理，也應考慮工程實際問題。由于高質量的機電元部件和數(shù)控系統(tǒng)大部分已商品化，通常采用綜合集成技巧，通過分析、對比來進行。這給伺服系統(tǒng)設計帶來了便利，既縮短了制造周期，又能保證系統(tǒng)的質量和可靠性。173）對元件參數(shù)變化的靈敏度指標靈敏度則應184根據(jù)所建立的數(shù)學模型，進行參數(shù)調整和校正或補償設計，以滿足給定性能指標的要求。

以上是伺服系統(tǒng)控制理論方法設計計算的基本內容及步驟，當然還有具體的工程設計、制造和調試等。3建立伺服系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型

建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型的方法有解析法和實驗法，或者兩者混用。解析法建模要進行許多工程上的簡化，所獲得的數(shù)學模型是近似的，但在工程范圍內是允許的。實驗法建模是根據(jù)實驗所獲得的輸入一輸出信號來建立其數(shù)學模型，屬于系統(tǒng)辯識范疇。實驗法是在已知實際系統(tǒng)或模型條件下進行的，具有簡單直接的優(yōu)點，但需要相應的儀器與設備。實驗法建?？梢则炞C修正用解析法所建立的數(shù)學模型，兩者相輔相成的。184根據(jù)所建立的數(shù)學模型，進行參數(shù)調整和校正或補償設計19金屬切削機床是機械制造業(yè)的基礎裝備●

計算機輔助設計(CAD)和計算機輔助工程

(CAE)已廣泛應用于機床設計的各個階段，改變了傳統(tǒng)的經驗設計和類比設計方法；●由定性設計向定量設計；●由靜態(tài)和線性分析向動態(tài)仿真和非線性分析；●由可行性設計向最優(yōu)化設計過渡。發(fā)展方向：高精度、自動化、柔性化、微型化和集成化19金屬切削機床是機械制造業(yè)的基礎裝備●計算機輔助設計(C20計算機控制技術的發(fā)展與應用，使機床傳動與結構發(fā)生了重大變化●伺服驅動系統(tǒng)可方便地實現(xiàn)機床的多軸聯(lián)動，簡化了機械傳動系統(tǒng)設計；●機床設計向“以系統(tǒng)為主的機床設計”方向發(fā)展,即適應FMS等先進制造系統(tǒng)的要求；●采用變型設計或組合設計類型。20計算機控制技術的發(fā)展與應用，使機床傳動與結構發(fā)生了重大變216.1總體設計6.1.1機床設計應滿足的基本要求

機床非一般機電裝備，是用來生產其他機械的工作母機。機床在精度、剛度、動態(tài)特性方面有特殊要求。

1精度

機床精度分三級：普通精度級、精密級和高精度級。三種精度等級允差，如以普通精度級為1，則它們之間的比例大致為：1：0.4：0．25。機床的精度包括幾何精度、傳動精度、運動精度和定位精度和工作精度等。第六章金屬切削機床與數(shù)控化216.1總體設計6.1.1機床設計應滿足的基本要求1221）幾何精度是機床在不運動或運動速度較低時的精度。由機床各主要部件的幾何形狀和它們之間的相對位置與相對運動軌跡的精度所決定的。2）傳動精度是指內聯(lián)傳動鏈兩末端件之間的相對運動精度。決定于傳動系統(tǒng)中機件的制造精度和裝配精度以及傳動系統(tǒng)設計的合理性。3）運動精度是指機床的主要部(組)件以工作狀態(tài)的速度運動時的精度。4）定位精度是指機床主要部件在運動終點所達到的實際位置的精度。

5）工作精度

機床加工規(guī)定的試件所能達到的加工精度。221）幾何精度是機床在不運動或運動速度較低時的精度。23

除對機床本身的精度要求外，還要求機床及主要零、部件在載荷作用下，具有一定抵抗變形的能力，保證各主要零、部件相對位置的正確性。→剛度2剛度●靜載荷不隨時間變化或變化極為緩慢的力稱靜載荷，如重力、切削力的靜力部分等。●動載荷隨時間變化的力，如沖擊振動力及切削力的交變部分等稱動載荷。

一般所說剛度一般指靜剛度。動剛度是抗振性的一部分。機床剛度分為靜剛度及動剛度按照載荷的性質不同，分為靜載荷和動載荷。23除對機床本身的精度要求外，還要求機床及主要零243抗振性

機床的抗振性包括兩個方面，抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。如果振源的頻率與機床某主要部件(例如主軸組件、床身)的某一振型(如彎曲振動、扭轉振動)的固有頻率重合時，就將發(fā)生共振。振幅大增。加工表面的粗糙度將會大大增加。受迫振動的振源可能來自機床內部，也可能來源于外部。切削自激振動，產生于切削過程之中。如果切削不穩(wěn)定，則切過的表面，其波紋度將越來越大，振動越來越劇烈，將嚴重影響加工表面的質量。自激振動的發(fā)生在刀具和工件之間的一種相對振動。機床在交變載荷作用下抵抗變形的能力。243抗振性機床的抗振性包括兩個方面，抵抗254工藝范圍

包括內容為：在機床上能完成的工序種類；加工零件的類型、材料和尺寸范圍；毛坯的種類等。機床的工藝范圍是指機床適應不同生產要求的能力。5加工精度和表面粗糙度

機床的加工精度是被加工零件在尺寸形狀和相互位置等方面所能達到的準確程度。影響機床加工精度的主要因素有機床的精度和靜剛度等。

機床自動化程度，可以用機床自動工作的時間與全部工作時間的比值來表示。根據(jù)自動化程度機床大致可分為自動、半自動和普通機床三類。6自動化程度254工藝范圍包括內容為：在機床上能完成的工序種類267機床壽命

隨著技術設備更新的加速，對機床壽命所要求的時間也在減短。●中、小型通用機床，壽命約為八年左右；●專用機床則要求短些，因為它將隨所加工的產品的更新而廢棄；●大型機床和精密級、高精度級機床，則要求壽命長些，因為這些機床的價格高，希望能在較長的時間里保持精度，以提高經濟效益。機床壽命就是機床保持它應具有的加工精度的時間。267機床壽命隨著技術設備更新的加速，對機床278人機關系●

機床應操縱方便、省力、容易掌握、不易發(fā)生操作錯誤和故障；●

防止機床對周圍環(huán)境的污染，噪聲要低，不僅噪聲聲級要達到規(guī)定值以下，而且不能對入耳有強烈的不適感；●

滲、漏油必須避免；●

采用油霧潤滑時，必須保證油霧不得逸散到周圍的環(huán)境中去，以防止對人體的危害；●

機床造形要美觀大方，色調和諧，使操作者感到在一個舒適的環(huán)境中工作。人機關系問題，—人機學或稱宜人學(Ergonomics)。278人機關系●機床應操縱方便、省力、容易掌握、不易發(fā)286.1.2設計步驟機床設計系統(tǒng)框圖→總體方案設計包括：(1)運動功能設計(2)基本參數(shù)設計(3)傳動系統(tǒng)設計(4)總體結構布局設計(5)控制系統(tǒng)設計286.1.2設計步驟機床設計系統(tǒng)框圖→總體方案設計包括：296.1.3幾何運動設計●機床是依靠刀具與工件之間的相對運動，加工出一定幾何形狀和尺寸精度的工件表面；●不同的工件幾何表面，采用不同類型的刀具，作不同的表面形成運動，而成為不同類型的機床；●車床為獲得圓柱面，應有主軸的回轉運動(主運動)和刀架溜板的縱向移動(進給運動)，車端面時則刀架作橫向進給運動。1工作原理

要進行機床的幾何運動設計要了解工件表面形成的幾何方法。296.1.3幾何運動設計●機床是依靠刀具與工件之間的302工作表面的形成○

任何一個表面都可看作一條曲線(或直線)沿著另一條曲線(或直線)運動的軌跡?！疬@兩條曲線(或直線)稱為該表面的發(fā)生線，前者稱為母線，后者稱為導線。1）幾何表面的形成302工作表面的形成○任何一個表面都可看作一條曲線(或312）發(fā)生線的形成

工件加工表面的發(fā)生線是通過刀具切削刃與工件接觸并產生相對運動而形成的。發(fā)生線的形成有如下四種方法。軌跡法成形法

相切法

312）發(fā)生線的形成工件加工表面的發(fā)生線32加工方法與形狀創(chuàng)成運動的關系相切法

范成法●

加工表面的形成是母線形成和導線形成的組合?！窦庸け砻嫘纬伤璧牡毒吲c工件之間的相對運動也是形成母線和導線所需相對運動的組合。3）加工表面的形成32加工方法與形狀創(chuàng)成運動的關系相切法范成法●加工表面的333運動分類●成形運動完成表面加工所必需的最基本的運動稱為表面成形運動，簡稱成形運動?！窀鶕?jù)運動在表面形成中所完成的功能，成形運動又分為主運動和形狀創(chuàng)成運動。根據(jù)運動的功能不同，可以分為成形運動和非成形運動。1）按運動的功能分類（1）主運動

消耗動力主要用于切除加工表面上多余的材料，是運動速度最高的運動，稱為主運動（切削運動）。

333運動分類●成形運動完成表面加工所必需的最基本34（2）形狀創(chuàng)成運動功能：是用來形成工件加工表面的發(fā)生線。同樣的加工表面，采用的刀具不同，所需的形狀創(chuàng)成運動數(shù)目也不同。圖a）中，用點刃車刀車外圓柱面，形成直母線需要一個創(chuàng)成運動v，形成圓導線需要一個形狀創(chuàng)成運動n，共需兩個創(chuàng)成運動。圖b）中，用寬刃刀車外圓柱面，直母線由刀刃形成，不需創(chuàng)成運動，圓導線形成需要一個創(chuàng)成運動n。

34（2）形狀創(chuàng)成運動功能：是用來形成工件加工表面的發(fā)生線。35●非成形運動

除了上述成形運動之外，機床還需設置一些其他運動，稱為非成形運動。如切入運動(使刀具切入)；分度運動(當工件加工表面由多個表面組成時，由一個表面過渡到另一個表面所需的運動)：輔助運動(如刀具的接近、退刀、返回等)。○獨立運動與其他運動之間無嚴格的關系要求?！饛秃线\動與其他運動之間有嚴格的關系要求。如車螺紋的復合運動。對機械傳動形式的機床來講，復合運動是通過內聯(lián)系傳動鏈來實現(xiàn)的；對數(shù)控機床而言，復合運動是通過運動軸的聯(lián)動來實現(xiàn)的。2）按運動之間的關系分類35●非成形運動除了上述成形運動之外，機床還需設置一些其364運動功能方案設計1）工藝分析2）選取坐標系參照數(shù)控機床坐標系，沿X、Y、Z軸的直線運動符號及運動量仍用X、Y、Z表示，繞X、Y、Z軸的回轉運動用A、B、C表示，其運動量用α、β、γ表示。3）寫出機床幾何運動功能關系式運動功能關系式表示機床的運動個數(shù)、形式(直線或回轉運動)、功能(主運動、進給運動、非成形運動），分別用下標（p、f、a表示)及排列順序。左邊寫工件，用W表示；右邊寫刀具，用T表示，中間寫運動，按運動順序排列，并用“／”分開。

機床的幾何運動功能方案的設計方法和步驟如下：364運動功能方案設計1）工藝分析機床的幾何運動功能方案的374）畫出機床運動機構原理圖機床幾何運動功能關系式374）畫出機床運動機構原理圖機床幾何運動功能關系式38機床運動機構原理圖38機床運動機構原理圖395）繪制機床傳動原理圖●機床的運動機構原理圖只表示運動的個數(shù)、形式、功能及運動構件聯(lián)接關系，不表示運動之間的傳動關系。●將動力源與執(zhí)行件、不同執(zhí)行件之間的運動及傳動關系同時表示出來，就是傳動原理圖。a)合成機構b)傳動比可變的變速傳動c)傳動比不變的傳動395）繪制機床傳動原理圖●機床的運動機構原理圖只表示運動40機床傳動原理圖40機床傳動原理圖41機床傳動原理圖41機床傳動原理圖424243習題三已知一數(shù)控直線運動工作臺，參數(shù)如下：

1、工作臺臺面尺寸：300×400；

2、工作臺移動尺寸：X×Y＝200×250；

3、夾具和工件總重：1000N；

4、切削負載：X向300N；Y向400N；Z向550N；

5、最高運行速度：空載：1.5m/min，切削：0.5m/min；

6、系統(tǒng)分辨率：0.01mm/step；

7、系統(tǒng)定位精度：模式±0.10mm；采用滾珠絲杠傳動方式，導軌用滾動導軌塊，試選擇滾珠絲杠螺母副、滾動導軌及驅動電機，并校核所選電機的特性。（只計算校核一個坐標方向）43習題三已知一數(shù)控直線運動工作臺，參數(shù)如下：

1、工作臺臺44參考網站：1、漢意精工，（產品：滾珠絲杠、線性滑軌等）2、天津海特傳動機械有限公司，

（產品：滾珠絲杠、線性滑軌等）3、北京斯達微步控制技術有限公司：

(產品：步進電機及驅動器)4、步進機電有限公司,：

(產品：步進電機及驅動器、交流伺服電機及系統(tǒng))

44參考網站：455.4.2經濟型數(shù)控車床縱向進給系統(tǒng)的設計

已知拖板重W=2000N，拖板與貼塑導軌間摩擦系數(shù)μ＝0.06，車削時最大車削負載Fs＝2150N（與運動方向相反），y向切削分力Fy＝2Fz＝4300N（垂直于導軌），要求刀具切削時的進給速度ν1＝10～500mm/min，快速行程速度ν2＝3000mm/min，滾珠絲杠名義直徑d0＝32mm，導程tsp＝6mm，絲杠總長L＝1400mm，拖板最大行程為1150mm，定位精度±0.01mm，試選擇合適的步進電動機，并檢查其起動特性和工作速度。

15.4.2經濟型數(shù)控車床縱向進給系統(tǒng)的設計46247348449

初選步三相進電動機的步距角為0.75°/1.5°,當三相六拍運動時，步距角

解：

（1）脈沖當量的選擇

其每轉脈沖數(shù)

根據(jù)脈沖當量δ的定義，初選δ＝0.01mm/p，由此可得中間齒輪傳動速比i為選小齒輪齒數(shù)Z1＝20，Z2＝25，模數(shù)m＝2mm。5初選步三相進電動機的步距角為0.75°/1.5°,當501）滾珠絲杠的轉動慣量Js

（2）等效轉動慣量計算

式中的鋼密度2）拖板運動慣量換算到電機軸上的轉動慣量JW

3）大齒輪的轉動慣量Jg2

式中b2＝10mm，為大齒輪寬度61）滾珠絲杠的轉動慣量Js（2）等效轉動慣量計算式中的514）小齒輪的轉動慣量Jg1式中b1＝12mm，為小齒輪寬度折算到電機軸上總慣性負載Je為（3）等效負載轉矩計算

1)折算到電動機軸上的摩擦轉矩

η—絲杠預緊時的傳動效率，取η＝0.874）小齒輪的轉動慣量Jg1式中b1＝12mm，為小齒輪寬度522）空載起動時折算到電動機軸上的最大附加力矩

式中η0＝0.9，F(xiàn)p0＝1/3Fz3)空載啟動時折算到電機軸上的最大加速度轉矩

取起動加速時間ta＝0.03s82）空載起動時折算到電動機軸上的最大附加力矩式中η0＝053初選步進電動機型號110BYG260B，它的矩頻特性曲線如圖所示。9初選步進電動機型號110BYG260B，它的矩頻特性曲線如54其最大靜轉矩Mjmax＝9.5N.m，轉動慣量Jm＝9.7kg.cm2，fm=1600Hz，故有①快速空載起動所需轉矩Mq②最大切削負載時所需力矩Mc10其最大靜轉矩Mjmax＝9.5N.m，①快速空載起動所需55③快速進給時所需轉矩Mk

由計算可知，Mq，Mc，Mk三種工況下以快速空載起動所需轉矩最大，以此項作為初選步進電動機的依據(jù)。（4）步進電動機的動態(tài)特性校驗11③快速進給時所需轉矩Mk由計算可知，Mq，M56該步進電動機帶慣量的最大起動頻率步進電機工作時最大空載起動頻率和切削時的最大工作頻率由此與fc對應的Mc按前述的最大靜轉矩校核即可。由圖得fq＝5000Hz時，Mdmk＝8.5N.m，Mq<Mdmk12該步進電動機帶慣量的最大起動頻率步進電機工作時最大空載起575．5控制理論方法的基本內容和步驟伺服系統(tǒng)設計的工程方法包含的基本內容和步驟1伺服系統(tǒng)的技術性能指標2擬定伺服系統(tǒng)的原理圖及其元部件的選擇3建立伺服系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型4根據(jù)數(shù)學模型，進行綜合校正以滿足給定性能指標135．5控制理論方法的基本內容和步驟伺服系統(tǒng)設計的工程方58

控制理論方法是根據(jù)經典控制理論和現(xiàn)代控制理論和方法來進行設計的，已經形成一個相當完整、內容極為豐富的理論和方法體系。

它能解決動力學方法末能解決的問題，即對伺服系統(tǒng)五個方面的基本要求。對伺服系統(tǒng)的基本要求：1穩(wěn)定性系統(tǒng)在其工作范圍內是穩(wěn)定、可靠的；2精度比較經濟地達到給定精度的要求；3快速性系統(tǒng)輸出響應指令輸入的速度要快；4靈敏度系統(tǒng)對參數(shù)變化的靈敏度要小，即系統(tǒng)性能不因參數(shù)變化而受到太大的影響；5抗干擾性系統(tǒng)應具有良好的抵抗外部負載干擾和高頻噪聲的能力等。

其原因在于動力學方法是按機電傳動系統(tǒng)來進行設計計算的，因此，是一種近似的設計方法。對于工程實際，其伺服系統(tǒng)是相當復雜的，通常是由具有眾多機電參數(shù)的、高階的非線性的控制系統(tǒng)，需要設定一些基本參數(shù)、根據(jù)具體條件進行適當?shù)亟惦A和線性化，才能便于設計計算，這便形成了伺服系統(tǒng)設計的工程方法。14控制理論方法是根據(jù)經典控制理論和現(xiàn)代控591）穩(wěn)定性和動態(tài)性能指標①穩(wěn)定性：經典控制論特征根是否位于復平面左側，現(xiàn)代控制論判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性采用李亞普諾夫定理（即判斷矩陣是否正定）②動態(tài)性能指標常用的描述方法從三個方面評價時域指標：超調量σp％，調整時間，振蕩次數(shù)，上升時間，峰值時間，延遲時間；頻域指標：諧振峰值，諧振頻率，通頻帶寬度開環(huán)頻率特性（相對穩(wěn)定性）指標：截止頻率，相角裕量，幅值裕量，開環(huán)增益，系統(tǒng)類型1．伺服系統(tǒng)的技術性能指標151）穩(wěn)定性和動態(tài)性能指標1．伺服系統(tǒng)的技術性能指標60●

靜態(tài)誤差：當輸入為零時，輸出與輸入之間的最大位置誤差?！袼俣雀櫿`差：輸入為最大速度(恒速輸入)時，輸入與輸出之間的位置誤差?！窦铀俣雀櫿`差：輸入為最大等加速度時的位置誤差?！裨诮o定頻帶的正弦信號輸入時，伺服系統(tǒng)的最大允許誤差。以上穩(wěn)態(tài)性能指標都可作為對伺服系統(tǒng)指令輸入時的精度指標。在負載干擾或噪聲干擾輸入作用下，伺服系統(tǒng)也會產生誤差，其原理與指令輸入產生的誤差相同。2）精度指標16●靜態(tài)誤差：當輸入為零時，輸出與輸入之間的最大2）精度613）對元件參數(shù)變化的靈敏度指標

靈敏度則應包含在系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性要求之內。但對有些伺服系統(tǒng)，如飛機自動駕駛儀系統(tǒng)其對象(飛機)的參數(shù)會在大范圍內變動(指飛行高度和飛行速度)，這就需要分析控制系統(tǒng)對參數(shù)變化的靈敏度。環(huán)境溫度、濕度、腐蝕性和防爆性等方面的具體指標。4）環(huán)境條件的要求2擬定伺服系統(tǒng)的原理圖及其元部件的選擇

根據(jù)具體設計任務要求，擬定系統(tǒng)控制方案及原理圖，正確選擇或設計其元部件。既涉及控制原理，也應考慮工程實際問題。由于高質量的機電元部件和數(shù)控系統(tǒng)大部分已商品化，通常采用綜合集成技巧，通過分析、對比來進行。這給伺服系統(tǒng)設計帶來了便利，既縮短了制造周期，又能保證系統(tǒng)的質量和可靠性。173）對元件參數(shù)變化的靈敏度指標靈敏度則應624根據(jù)所建立的數(shù)學模型，進行參數(shù)調整和校正或補償設計，以滿足給定性能指標的要求。

以上是伺服系統(tǒng)控制理論方法設計計算的基本內容及步驟，當然還有具體的工程設計、制造和調試等。3建立伺服系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型

建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型的方法有解析法和實驗法，或者兩者混用。解析法建模要進行許多工程上的簡化，所獲得的數(shù)學模型是近似的，但在工程范圍內是允許的。實驗法建模是根據(jù)實驗所獲得的輸入一輸出信號來建立其數(shù)學模型，屬于系統(tǒng)辯識范疇。實驗法是在已知實際系統(tǒng)或模型條件下進行的，具有簡單直接的優(yōu)點，但需要相應的儀器與設備。實驗法建?？梢则炞C修正用解析法所建立的數(shù)學模型，兩者相輔相成的。184根據(jù)所建立的數(shù)學模型，進行參數(shù)調整和校正或補償設計63金屬切削機床是機械制造業(yè)的基礎裝備●

計算機輔助設計(CAD)和計算機輔助工程

(CAE)已廣泛應用于機床設計的各個階段，改變了傳統(tǒng)的經驗設計和類比設計方法；●由定性設計向定量設計；●由靜態(tài)和線性分析向動態(tài)仿真和非線性分析；●由可行性設計向最優(yōu)化設計過渡。發(fā)展方向：高精度、自動化、柔性化、微型化和集成化19金屬切削機床是機械制造業(yè)的基礎裝備●計算機輔助設計(C64計算機控制技術的發(fā)展與應用，使機床傳動與結構發(fā)生了重大變化●伺服驅動系統(tǒng)可方便地實現(xiàn)機床的多軸聯(lián)動，簡化了機械傳動系統(tǒng)設計；●機床設計向“以系統(tǒng)為主的機床設計”方向發(fā)展,即適應FMS等先進制造系統(tǒng)的要求；●采用變型設計或組合設計類型。20計算機控制技術的發(fā)展與應用，使機床傳動與結構發(fā)生了重大變656.1總體設計6.1.1機床設計應滿足的基本要求

機床非一般機電裝備，是用來生產其他機械的工作母機。機床在精度、剛度、動態(tài)特性方面有特殊要求。

1精度

機床精度分三級：普通精度級、精密級和高精度級。三種精度等級允差，如以普通精度級為1，則它們之間的比例大致為：1：0.4：0．25。機床的精度包括幾何精度、傳動精度、運動精度和定位精度和工作精度等。第六章金屬切削機床與數(shù)控化216.1總體設計6.1.1機床設計應滿足的基本要求1661）幾何精度是機床在不運動或運動速度較低時的精度。由機床各主要部件的幾何形狀和它們之間的相對位置與相對運動軌跡的精度所決定的。2）傳動精度是指內聯(lián)傳動鏈兩末端件之間的相對運動精度。決定于傳動系統(tǒng)中機件的制造精度和裝配精度以及傳動系統(tǒng)設計的合理性。3）運動精度是指機床的主要部(組)件以工作狀態(tài)的速度運動時的精度。4）定位精度是指機床主要部件在運動終點所達到的實際位置的精度。

5）工作精度

機床加工規(guī)定的試件所能達到的加工精度。221）幾何精度是機床在不運動或運動速度較低時的精度。67

除對機床本身的精度要求外，還要求機床及主要零、部件在載荷作用下，具有一定抵抗變形的能力，保證各主要零、部件相對位置的正確性?！鷦偠?剛度●靜載荷不隨時間變化或變化極為緩慢的力稱靜載荷，如重力、切削力的靜力部分等?！駝虞d荷隨時間變化的力，如沖擊振動力及切削力的交變部分等稱動載荷。

一般所說剛度一般指靜剛度。動剛度是抗振性的一部分。機床剛度分為靜剛度及動剛度按照載荷的性質不同，分為靜載荷和動載荷。23除對機床本身的精度要求外，還要求機床及主要零683抗振性

機床的抗振性包括兩個方面，抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。如果振源的頻率與機床某主要部件(例如主軸組件、床身)的某一振型(如彎曲振動、扭轉振動)的固有頻率重合時，就將發(fā)生共振。振幅大增。加工表面的粗糙度將會大大增加。受迫振動的振源可能來自機床內部，也可能來源于外部。切削自激振動，產生于切削過程之中。如果切削不穩(wěn)定，則切過的表面，其波紋度將越來越大，振動越來越劇烈，將嚴重影響加工表面的質量。自激振動的發(fā)生在刀具和工件之間的一種相對振動。機床在交變載荷作用下抵抗變形的能力。243抗振性機床的抗振性包括兩個方面，抵抗694工藝范圍

包括內容為：在機床上能完成的工序種類；加工零件的類型、材料和尺寸范圍；毛坯的種類等。機床的工藝范圍是指機床適應不同生產要求的能力。5加工精度和表面粗糙度

機床的加工精度是被加工零件在尺寸形狀和相互位置等方面所能達到的準確程度。影響機床加工精度的主要因素有機床的精度和靜剛度等。

機床自動化程度，可以用機床自動工作的時間與全部工作時間的比值來表示。根據(jù)自動化程度機床大致可分為自動、半自動和普通機床三類。6自動化程度254工藝范圍包括內容為：在機床上能完成的工序種類707機床壽命

隨著技術設備更新的加速，對機床壽命所要求的時間也在減短?！裰小⑿⌒屯ㄓ脵C床，壽命約為八年左右；●專用機床則要求短些，因為它將隨所加工的產品的更新而廢棄；●大型機床和精密級、高精度級機床，則要求壽命長些，因為這些機床的價格高，希望能在較長的時間里保持精度，以提高經濟效益。機床壽命就是機床保持它應具有的加工精度的時間。267機床壽命隨著技術設備更新的加速，對機床718人機關系●

機床應操縱方便、省力、容易掌握、不易發(fā)生操作錯誤和故障；●

防止機床對周圍環(huán)境的污染，噪聲要低，不僅噪聲聲級要達到規(guī)定值以下，而且不能對入耳有強烈的不適感；●

滲、漏油必須避免；●

采用油霧潤滑時，必須保證油霧不得逸散到周圍的環(huán)境中去，以防止對人體的危害；●

機床造形要美觀大方，色調和諧，使操作者感到在一個舒適的環(huán)境中工作。人機關系問題，—人機學或稱宜人學(Ergonomics)。278人機關系●機床應操縱方便、省力、容易掌握、不易發(fā)726.1.2設計步驟機床設計系統(tǒng)框圖→總體方案設計包括：(1)運動功能設計(2)基本參數(shù)設計(3)傳動系統(tǒng)設計(4)總體結構布局設計(5)控制系統(tǒng)設計286.1.2設計步驟機床設計系統(tǒng)框圖→總體方案設計包括：736.1.3幾何運動設計●機床是依靠刀具與工件之間的相對運動，加工出一定幾何形狀和尺寸精度的工件表面；●不同的工件幾何表面，采用不同類型的刀具，作不同的表面形成運動，而成為不同類型的機床；●車床為獲得圓柱面，應有主軸的回轉運動(主運動)和刀架溜板的縱向移動(進給運動)，車端面時則刀架作橫向進給運動。1工作原理

要進行機床的幾何運動設計要了解工件表面形成的幾何方法。296.1.3幾何運動設計●機床是依靠刀具與工件之間的742工作表面的形成○

任何一個表面都可看作一條曲線(或直線)沿著另一條曲線(或直線)運動的軌跡?！疬@兩條曲線(或直線)稱為該表面的發(fā)生線，前者稱為母線，后者稱為導線。1）幾何表面的形成302工作表面的形成○任何一個表面都可看作一條曲線(或752）發(fā)生線的形成

工件加工表面的發(fā)生線是通過刀具切削刃與工件接觸并產生相對運動而形成的。發(fā)生線的形成有如下四種方法。軌跡法成形法

相切法

312）發(fā)生線的形成工件加工表面的發(fā)生線76加工方法與形狀創(chuàng)成運動的關系相切法

范成法●

加工表面的形成是母線形成和導線形成的組合。●加工表面形成所需的刀具與工件之間的相對運動也是形成母線和導線所需相對運動的組合。3）加工表面的形成32加工方法與形狀創(chuàng)成運動的關系相切法范成法●加工表面的773運動分類●成形運動完成表面加工所必需的最基本的運動稱為表面成形運動，簡稱成形運動。●根據(jù)運動在表面形成中所完成的功能，成形運動又分為主運動和形狀創(chuàng)成運動。根據(jù)運動的功能不同，可以分為成形運動和非成形運動。1）按運動的功能分類（1）主運動

消耗動力主要用于切除加工表面上多余的材料，是運動速度最高的運動，稱為主運動（切削運動）。

333運動分類●成形運動完成表面加工所必需的最基本78（2）形狀創(chuàng)成運