伺服系統在軸承磨床上的應用

　　隨著社會的發展和技術的進步，軸承作為標準化的精密基礎件，用戶對其精度要求、噪音值要求和振動值要求都很高．以前，軸承磨床上應用的進級系統是步進電機、凸輪杠桿機構，其進給精度最高只能達到2um，有的甚至還達不到2um．這樣的結構越來越不能適應用戶的要求，而應用伺服系統后的軸承磨床進給精度很輕松就能達到0．5um，如果增加光柵定位機構，甚至可以達到0．05um．因此，在現行的軸承磨床上使用伺服系統是必要的。
1 伺服系統的含義
　　“伺服”是一個外來詞，在英語中是“仆人”的意思．我們在通常情況下對其具體的定義是：
　　1）按所接受的指令要求的位置進行定位．
　　2）按所接受的指令要求的速度進行運動．
　　這就是我們通常所說的伺服系統．這樣的定義是根據其具體應用環境的要求來進行確定的，軸承磨床的進給系統的應用環境就是既有定位方面的要求，又有運動速度方面的要求．
2 伺服系統的機械結構
　　在軸承磨床上常用的伺服系統有兩種形式：
　　1）間接聯接式．伺服電機一減速器一同步帶輪一滾珠絲杠．用這種聯接方式其裝配和維修都稍微復雜，適用于定位精度要求不高的場合．
　　2）直接聯接式．伺服電機一聯軸器一滾珠絲杠，如圖所示（見圖1）．這種聯接方式裝配簡單，調整方便，　　維修便利，適用于空問位置較小，定位精度要求較高的情況．下面簡述一下直接聯接式伺服系統的工作原理：伺服電機l2接受編碼器l3的指令旋轉，帶動聯軸器1、滾珠絲杠6旋轉，滾珠絲杠的螺矩為S．因為聯軸器同時聯接了伺服電機和滾珠絲杠的軸端，且聯軸器本身無任何問隙，也無空回，所以伺服電機旋轉1周，滾珠絲杠也同樣旋轉1周，而工作臺拖板8與絲杠螺母座7是連接在一起的．因此，伺服電機旋轉l周，工作臺拖板在直線方向上運動的距離為滾珠絲杠的導程．

　　用在軸承磨床中的伺服系統要求工作臺拖板的定位精度至少為lum，那么，如何來實現這么高的定位精度呢?
　　一對角接觸球軸承11背靠背安裝，內隔套9和外隔套l0需經過精密研磨，鎖緊螺母3壓緊壓套4，鎖緊后不允許軸承有任何軸向竄動．因為選用的是6 接觸角的絲杠專用軸承，可以承受較大的軸向載荷，所以右面的一套軸承可以完全承受磨削力及來自拖板的作用于軸線方向上的合載荷．聯接座固定于床身上，工作臺拖板與床身之間有直線滾動導軌，可以完全保證拖板運動時有足夠的剛性和很高的運動精度．用在軸承磨床中的伺服系統通常是第二種形式，因其符合用戶的實際要求．
3 伺服電機的優點
　　1）旋轉速度高，進給速度快．如圖所示的伺服系統中的小功率伺服電機轉速通常在1000r／min～3000r／min． 之間，選用的滾珠絲杠是GD4005—3一P3，即絲杠直徑φ40mm，導程S：5mm，精度等級為P3級，運動速度為25mm／s．若選用3000r／min轉速，運動速度可以達到50rmn／s．為了減少單件軸承磨削時間，軸承磨床中有跳進要求，要求在0．5s的時間內，走完10mm的距離，即運動速度為20m／s．這樣高的運動速度完全可以滿足快跳的要求．
　　2）結構簡單，維修方便．傳動系統若出現故障，只需要擰下安裝伺服電機的四個螺釘，即可拿掉伺服電機，然后來維修傳動系統，結構簡化到只有聯軸器一兩套角接觸球軸承一滾珠絲杠．實際上，這樣的一套傳動系統一旦安裝完畢，精度保持性極佳，可以長時間地保持機床的進給精度．
　　3）精度定位性好．在安裝狀況良好、潤滑良好的情況下，現在的傳動系統可以達到0．5um的定位精度．
　　4）編碼方便．通過編碼器，直接與驅動模塊連接，實現數控化更加方便、快捷．編碼器可以準確地記憶傳動的速度和位置，在機床的整個運行過程中，可以保證進給的每一步都有記憶．
　　5）有過載保護．伺服電機本身具有載保護裝置，一旦負載過大，電流過大，伺服電機會自動報警停機，可以有效地保證伺服電機這一精密部件的安全性．
　　伺服系統具有這么多的優點，而目這些又是步進電機所不具有的．尤其是對于采用定程磨削的軸承磨床，具有0．5um的定位精度，意味著軸承套圈成品尺寸散差在O．5um以內，裝配軸承時，不再需要選配，大大節約了軸承的裝配效率，減少了管理費用，降低了生產成本．所以，伺服系統必將越來越受到人們的偏愛．
4 與步進電機、凸輪杠桿結構的比較
　　1）結構的比較．伺服系統裝配簡單，維修方便，傳動行程大．步進電機、凸輪杠桿結構安裝繁瑣，受凸輪升程的限制，傳動行程小，還需要液壓頂緊油缸來跟蹤定位，受油缸定位精度的影響大，定位精度也只有2um，限制了精度的進一步提高．而伺服系統的進給精度可以達到0．5um．
　　2）對磨削品精度的比較．磨削品的精度受重復定位精度的影響很大，而步進電機、凸輪杠桿結構中凸輪表面硬度、撞塊表面硬度的不確定性，以及液壓系統油缸定位精度的不確定性，都影響磨削工件的尺寸精度．而伺服系統不存在這樣的問題．
　　3）成本的比較．伺服系統的成本比步進電機、凸輪杠桿結構約高出一萬元．但考慮到其操作簡單，維修便利，增加了機床的穩定性，降低了生產成本等優點，雖然機床成本有所上升，但用戶是愿意接受的．
　　伺服系統作為高精度的進給系統，在軸承磨床上的應用已引起軸承磨削的一場革命．實踐會進一步證明伺服系統的廣泛應用會帶來制造業的巨大變革．
參考文獻：
[1]編者．機床設計手冊（第二冊）[M]．北京：機械工業出版社，1980．
[2]編者．Σ系列SGM／SGDB伺服電機用戶手冊[M]．日本：安川電機株式會社出版社，1997．