數(shù)控車床軸類零件加工的精確度控制

1、高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文數(shù)控車床軸類零件加工的精確度控制設(shè)計(jì)考生姓名： 陳前程 準(zhǔn)考證號： 011809103361 專業(yè)層次： 本科 院 （系）： 機(jī)械與電子工程 指導(dǎo)教師： 張下煉 職 稱： 講師 重慶科技學(xué)院二O一二年一月三十日高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文數(shù)控車床軸類零件加工的精確度控制設(shè)計(jì)考生姓名： 陳前程 準(zhǔn)考證號： 011809103361 專業(yè)層次： 本科 指導(dǎo)教師： 張下煉 院 （系）：機(jī)械與電子工程學(xué)院重慶科技學(xué)院二O一二年一月三十日重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 中文摘要摘 要隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，數(shù)控車

2、床的高頻高分辨率采樣插補(bǔ)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入一個嶄新的時(shí)代，其應(yīng)用越來越廣。隨著人們對其要求的提高，數(shù)控技術(shù)得到了快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床及由數(shù)控機(jī)床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直備受人們關(guān)注。數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術(shù)成為了先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。其控制技術(shù)從最初的開環(huán)控制發(fā)展到全閉環(huán)控制，精度有很大的提高。但是，數(shù)控車床在加工復(fù)雜高精度零件的時(shí)候還未完全滿足要求，因此必須通過持續(xù)的研究，不斷的提高數(shù)控車床對零件的加工精度。本文在已有的普通數(shù)控車床

3、加工基礎(chǔ)上，采用提高刀具的性能、提高數(shù)控車床的制造精度、提高數(shù)控車床的位移檢測裝置的精度、減少機(jī)床的熱變形、數(shù)控車床有關(guān)精度的一些補(bǔ)償以及高精度軟件插補(bǔ)的軌跡控制等方法提高了數(shù)控車床加工零件的精確度，并使數(shù)控車床達(dá)到了較為理想的控制效果。關(guān)鍵詞：數(shù)控車床,制造精度,軟件插補(bǔ)控制,精確度I重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 英文摘要CNC precision parts machining controlABSTRACTWith the development of the economy, microelectronic technology、computer technology an

4、d the automatic theory are developed rapidly, CNC lathe, high-frequency high-resolution sampling interpolation technology has entered a new era, its application more widely. As people increase their claims, numerical control technology has been rapid development of numerical control machine tools an

5、d CNC machine tools from the manufacturing system consisting of the transformation of traditional industries, to build an important foundation for the digital business equipment, its development has been much attention. CNC machine tools for flexible automation of its outstanding performance, excell

6、ent and stable accuracy, agile and diverse functions and aroused attention, it created the machinery to set a precedent for the development of mechanical and electrical integration, it became a numerical control technology, advanced manufacturing technology of a core technology. Its control technolo

7、gy from the initial open-loop control developed to the full closed-loop control, precision greatly improved. However, high-precision CNC lathe parts in the processing time has not yet fully meet the requirements, it must be through sustained research, and constantly improve CNC lathe machining accur

8、acy of parts. The article has been based on the general CNC lathe, Used to improve the performance of tools to improve manufacturing precision CNC lathes, CNC lathes to improve the accuracy of displacement detection devices to reduce the thermal deformation of machine tools, CNC lathes, as well as c

9、ompensation for the accuracy of some of the high-precision trajectory control software interpolation method improves the numerical precision lathe machining parts, CNC lathe and to achieve a more satisfactory control effect.Keywords: CNC-Lathe, Manufacturing-precision, Software interpolation control

10、, AccuracyIV重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 目錄目 錄摘 要IABSTRACTII1緒論11.1 數(shù)控車床的研究意義11.2數(shù)控機(jī)床的基本工作原理11.3數(shù)控車床的組成及數(shù)控車床的分類11.3.1數(shù)控車床的組成11.3.2數(shù)控機(jī)床的分類22刀具對數(shù)控車床加工精度的影響42.1刀具幾何參數(shù)對數(shù)控車床加工精度的影響42.2提高刀具的性能62.3提高刀具對零件的加工精度73數(shù)控車床的制造精度83.1機(jī)床的幾何制造精度83.2如何提高機(jī)床導(dǎo)軌的制造精度83.3機(jī)床夾具對數(shù)控車床的影響83.4工件的安裝誤差對數(shù)控的影響94減少機(jī)床的熱變形105數(shù)控車床的位移檢測裝置116提高數(shù)控車

11、床的系統(tǒng)精度136.1位置精度的測量和補(bǔ)償136.1.1反向偏差測量和補(bǔ)償136.1.2定位精度的測量和補(bǔ)償156.2數(shù)控車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)166.3數(shù)控機(jī)床采用高精度軌跡控制176.3.1基本措施176.3.2數(shù)學(xué)模型186.3.3實(shí)時(shí)插補(bǔ)計(jì)算186.3.4算例分析196.3.5實(shí)現(xiàn)高精度軌跡控制的雙閉環(huán)控制方案196.4數(shù)控車床信息化軌跡誤差校正226.5應(yīng)用實(shí)例237結(jié)論24參考文獻(xiàn)25致 謝26論文原創(chuàng)性聲明27重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 1緒論1緒論1.1 數(shù)控車床的研究意義數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)的重要基礎(chǔ)裝備，它關(guān)系到國家發(fā)展的戰(zhàn)略地位。因此，立足國內(nèi)實(shí)際，加速發(fā)

12、展具有較強(qiáng)競爭能力的國產(chǎn)高精度數(shù)控機(jī)床，不斷擴(kuò)大市場占有率，逐步收復(fù)失地，便成為我國數(shù)控機(jī)床研究開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務(wù)為完成這一任務(wù)，必須攻克若干關(guān)鍵技術(shù)，但其中最關(guān)鍵的一項(xiàng)是數(shù)控機(jī)床的高精度軌跡控制技術(shù)。因此，我們從高速高精度插補(bǔ)、高速高精度伺服控制和信息化軌跡校正等諸方面，對高速高精度軌跡控制技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并以此為基礎(chǔ)加強(qiáng)了新型數(shù)控系統(tǒng)和高精度數(shù)控機(jī)床的開發(fā)。本文將介紹所取得的部分結(jié)果。1.2數(shù)控機(jī)床的基本工作原理在普通機(jī)床上加工零件，是由操作者根據(jù)零件圖紙的要求，不斷改變刀具與工件之間相對運(yùn)動軌跡，由刀具對工件進(jìn)行切削而加工出要求的零件。而在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，則是將

13、被加工零件的加工順序、工藝參數(shù)和機(jī)床運(yùn)動要求用數(shù)控語言編制出加工程序，然后輸入到CNC裝置，CNC裝置對加工程序進(jìn)行一系列處理后，向伺服系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行指令，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)床移動部件運(yùn)動，從而自動完成零件的加工。圖1.1為數(shù)控機(jī)床的工作過程。零件圖紙制成零件加工程序CNC裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床部件編制加工驅(qū)動命令送入圖1.1 數(shù)控機(jī)床的工作過程1.3數(shù)控車床的組成及數(shù)控車床的分類1.3.1數(shù)控車床的組成數(shù)控機(jī)床是采用數(shù)控技術(shù)對工作臺運(yùn)動和切削加工過和進(jìn)行控制的機(jī)床，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，典型數(shù)控機(jī)床的組成如圖1.2所示。由圖可見，數(shù)控機(jī)床方要由程序編制、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、強(qiáng)電控制系統(tǒng)、檢測反饋

14、系統(tǒng)和機(jī)床本體等六大部分，其中數(shù)控裝置與伺服驅(qū)動系統(tǒng)、強(qiáng)電控制系統(tǒng)、檢測反饋系統(tǒng)又合稱為數(shù)控系統(tǒng)。圖1.2數(shù)控機(jī)床的組成1.3.2數(shù)控機(jī)床的分類（一）按數(shù)控機(jī)床的工藝用途分類1.一般數(shù)控機(jī)床：是與普通機(jī)床工藝可行性相似的各種數(shù)控機(jī)床，其種類與普通機(jī)床一樣，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控刨床、數(shù)控磨床、數(shù)控鉆床等。2.加工中心：是帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。3.特種數(shù)控機(jī)床：是裝備了數(shù)控裝置的特種加工機(jī)床，如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控激光加工機(jī)床等。（二）按數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動軌跡分類1.點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床：其數(shù)控裝置只控制機(jī)床移動部件從一個位置（點(diǎn)）移動到另一個位置（點(diǎn)），而不控制點(diǎn)到點(diǎn)之間的運(yùn)動軌跡，刀

15、具在移動過程中不進(jìn)行切削加工。如數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等。2.直線控制數(shù)控機(jī)床：其數(shù)控裝置除了要控制機(jī)床移動部件的起點(diǎn)和終點(diǎn)的準(zhǔn)確位置外，還要控制移動部件以適當(dāng)速度沿平行于某一機(jī)床坐標(biāo)軸方向或與機(jī)床坐標(biāo)軸成450的方向進(jìn)行直線切削加工。如簡易數(shù)控車床、簡易數(shù)控磨床等。3.輪廓控制數(shù)控機(jī)床：其數(shù)控裝置能夠同時(shí)對兩個或兩個以上坐標(biāo)軸進(jìn)行聯(lián)動控制，從而實(shí)現(xiàn)曲線輪廓和曲面的加工。如具有兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上聯(lián)動的數(shù)控銑床、數(shù)控車床等。（三）按伺服系統(tǒng)的控制方式分類1.開環(huán)控制系統(tǒng)：指不帶反饋的控制系統(tǒng)，即系統(tǒng)沒有位置反饋元件，通常以功率步進(jìn)電機(jī)或電液伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2.半閉環(huán)控制系統(tǒng)：半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在

16、開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上裝有角位移檢測裝置，通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的位移，然后反饋給數(shù)控裝置。3.閉環(huán)控制系統(tǒng)：是在機(jī)床移動部件上直接裝有位置檢測裝置，將測量的結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移進(jìn)行比較，用偏差進(jìn)行控制，使移動部件按照實(shí)際的要求運(yùn)動，最終實(shí)現(xiàn)精確定位。 27重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2刀具對數(shù)控車床加工精度的影響2刀具對數(shù)控車床加工精度的影響2.1刀具幾何參數(shù)對數(shù)控車床加工精度的影響刀具的制造誤差對加工精度的影響，根據(jù)刀具種類不同而異。當(dāng)采用定尺寸刀具如鉆頭、鉸刀、拉刀、鍵槽銑刀等加工時(shí)，刀具的尺寸精度將直接影響到工件的尺寸精度；當(dāng)采用成形刀具如成

17、形車 刀、成形銑刀等加工時(shí)，刀具的形狀精度將直接影響工件的形狀精度；當(dāng)采用展成刀具如齒輪滾刀、插齒刀等加工時(shí)，刀刃的形狀必須是加工表面的共軛曲線，因此刀刃的形狀誤差會影響加工表面的形狀精度；當(dāng)采用一般刀具如車刀、鏜刀、銑刀等的制造誤差對零件的加工精度并無直接影響，但其磨損對加工精度、表面粗糙度有直接的影響。任何刀具在切削過程中都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀誤差。例如用成形刀具加工時(shí)，刀具刃口的不均勻磨損將直接復(fù)映到工件上造成形狀誤差；在加工較大表面（一次走刀時(shí)間長）時(shí)，刀具的尺寸磨損也會嚴(yán)重影響工件的形狀精度；用調(diào)整法加工一批工件時(shí)，刀具的磨損會擴(kuò)大工件尺寸的分散范圍；刀具磨

18、損使同一批工件的尺寸前后不一致。在數(shù)控加工中，通常車刀會存在刀尖圓弧半徑r， 主偏角kr，車刀刀尖距零件中心高的偏差等刀具幾何參數(shù)的影響，必定引起被加工零件的軸向尺寸誤差和徑向尺寸誤差，由此使得加工中的運(yùn)行軌跡與被加工零件的表面形狀產(chǎn)生差異。因被加工零件表面形狀各異，所以引起的差異也各不相同。誤差分析及改進(jìn)方法 下面分析車刀刀尖圓弧半徑對加工圓柱類零件表面形狀引起的差異以及采取的措施。眾所周知，被加工零件表面的成形是由車刀與零件表面接觸間切點(diǎn)的運(yùn)行軌跡保證的。對于主偏角kr=90度的車削加工，參見圖2.1示，被加工零件表面的軸向尺寸由刀尖圓弧頂點(diǎn)A保證。圖2.1刀具幾何參數(shù)對加工精度的影響當(dāng)(

19、D-d)/2=ap>r時(shí)，由圖可知，由刀尖圓弧半徑引起的軸向尺寸變化量a為a =b-a=r式中：b零件軸向尺寸;a實(shí)際軸向位移量;r 刀尖圓弧半徑。此時(shí)，刀具實(shí)際軸向位移是長度a為：a=b-a=b-r當(dāng)(D-d)/2=ap<R時(shí)，由圖可知，由刀尖圓弧半徑引起的軸向尺寸變化量A為： a=BC=此時(shí)，刀具實(shí)際軸向位移長度a=b-a = 對于主偏角KF<90°的車削加工，當(dāng)完成軸向加工即處于圖2-1c位置時(shí)，被加工零件的已加工表面部由車刀刀尖點(diǎn)A保證，零件的加工表面由刀具型面AC和CE形成。顯而易見，當(dāng)?shù)毒咻S向位移長度為a時(shí)，則達(dá)到零件要求的軸向長度。所以軸向尺寸變化量a

20、為：a =b-a=BC+DE因?yàn)锽C=rsinKrDE=CEctgKr=(ap-r+rcos，Kr)ctgKr 所以 a =rsinKr+(ap-r+rcosKr)ctgKr 此時(shí)，刀具的實(shí)際軸向位移長度a為： a=b-a =b- rsinKr+(ap-r+rcosKr)ctgKr 當(dāng)(D-d)/2=ap<R時(shí)，則承擔(dān)切削僅為刀尖圓弧部分，所以，軸向尺寸變化量A及刀具實(shí)際位移長度A的計(jì)算同前述。由此可得結(jié)論： 對于圓柱類零件表面的加工，由于車刀刀尖圓弧半徑與車刀主偏角的存在，使得被加工零件的軸向尺寸發(fā)生變化，且軸向尺寸的變化量隨刀尖圓弧半徑的增大而增大;隨車刀主偏角的增大而減小。所以，在

21、編制加工程序時(shí)，應(yīng)相應(yīng)改變其軸向位移長度。刀具幾何參數(shù)對此類零件的徑向尺寸無影響。2.2提高刀具的性能在切削過程中，刀具的切削部分要承受很大的壓力、摩擦、沖擊和很高的溫度。因此，刀具材料必須具備高硬度、高耐磨性、足夠的強(qiáng)度和韌性，還需具有高的耐熱性（紅硬性），即在高溫下仍能保持足夠硬度的性能，才能保證在高溫高壓力下仍能加工出很高精度的零件。常用車刀材料主要有高速鋼和硬質(zhì)合金。1.高速鋼高速鋼又稱鋒鋼、是以鎢、鉻、釩、鉬為主要合金元素的高合金工具鋼。高速鋼淬火后的硬度為HRC6367，其紅硬溫度550600,允許的切削速度為2530m/min。高速鋼有較高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，可以進(jìn)行鑄造、鍛造

22、、焊接、熱處理和切削加工，有良好的磨削性能，刃磨質(zhì)量較高，故多用來制造形狀復(fù)雜的刀具，如鉆頭、鉸刀、銑刀等，亦常用作低速精加工車刀和成形車刀。2.硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是用高耐磨性和高耐熱性的WC（碳化鎢）、TiC（碳化鈦）和Co（鈷）的粉末經(jīng)高壓成形后再進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)而制成的，其中Co起粘結(jié)作用，硬質(zhì)合金的硬度為HRA8994（約相當(dāng)于HRC7482），有很高的紅硬溫度。在8001000的高溫下仍能保持切削所需的硬度，硬質(zhì)合金刀具切削一般鋼件的切削速度可達(dá)100300m/min，可用這種刀具進(jìn)行高速切削，其缺點(diǎn)是韌性較差，較脆，不耐沖擊，硬質(zhì)合金一般制成各種形狀的刀片，焊接或夾固在刀體上使用。2.3

23、提高刀具對零件的加工精度就是在加工時(shí)，注意觀察機(jī)床刀具是否發(fā)出異常聲音（很尖銳的叫聲）和刀具是否產(chǎn)生火花和變紅，若此時(shí)有一種聲音出現(xiàn)，那就代表刀具應(yīng)該重磨一下。提高刀具對零件的加工精度還有以下其它方法。刀具誤差的消除方法 消除方法：編程時(shí)，調(diào)整刀尖的軌跡，使得圓弧形刀尖實(shí)際加工輪廓與理想輪廓相符。即通過簡單的幾何計(jì)算，將實(shí)際需要的圓弧形刀尖的軌跡換算出假想、刀尖的軌跡。重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 3數(shù)控車床的制造精度 3數(shù)控車床的制造精度3.1機(jī)床的幾何制造精度機(jī)床的幾何制造精度是指機(jī)床在不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)部件間相互位置精度和主要零件的形狀精度、位置精度。機(jī)床的幾何制造精度對加工精度有重要

24、的影響，因此是評定機(jī)床精度的主要指標(biāo)。機(jī)床制造精度檢測的主要內(nèi)容包括：直線運(yùn)動的平行度、垂直度；回轉(zhuǎn)運(yùn)動的軸向及徑向跳動；主軸與工作臺的位置精度等。數(shù)控機(jī)床的制造精度綜合反映機(jī)床各關(guān)鍵零部件及其組裝后的幾何形狀誤差。機(jī)床幾何精度的許多項(xiàng)目相互影響，必須在精調(diào)后一次性完成。3.2如何提高機(jī)床導(dǎo)軌的制造精度機(jī)床導(dǎo)軌的功用是起導(dǎo)向及支承作用，它的精度、剛度及結(jié)構(gòu)形式等對機(jī)床的加工精度和承載能力有直接影響。為了保證數(shù)控機(jī)床具有較高的加工精度和較大的承載能力，要求其導(dǎo)軌具有較高的導(dǎo)向精度、足夠的剛度、良好的耐磨性、良好的低速運(yùn)動平穩(wěn)性，同時(shí)應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、調(diào)整和維護(hù)。在加工機(jī)床床身導(dǎo)軌面

25、時(shí)首先保證重要表面的加工余量均勻，則應(yīng)以該表面為粗基準(zhǔn)。既應(yīng)先以導(dǎo)軌面為粗基準(zhǔn)加工床腳平面，然后再以床腳平面為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面，因?yàn)闄C(jī)床導(dǎo)軌要求硬度高而且金屬組織均勻，在其毛壞鑄造時(shí)，導(dǎo)軌面向下放置，使其表層金屬組織細(xì)致均勻，沒有氣孔、夾砂等缺陷。因此，希望在加工時(shí)只切去一層薄面均勻的余量，保留組織細(xì)密耐磨的表層。由些可得在提高機(jī)床的制造精度時(shí)，加工工藝是十分重要的。應(yīng)合理選擇適當(dāng)?shù)募庸すに囘M(jìn)行加工。3.3機(jī)床夾具對數(shù)控車床的影響夾具的制造誤差與磨損包括三個方面：（1）定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機(jī)構(gòu)、夾具體等的制造誤差；（2）夾具裝配后，定位元件、刀具導(dǎo)向元件、分度機(jī)構(gòu)等元件工作表面間的相對

26、尺寸誤差；（3）夾具在使用過程中定位元件、刀具導(dǎo)向元件工作表面的磨損。這些誤差將直接影響到工件加工表面的位置精度或尺寸精度。一般來說，夾具誤差對加工表面的位置誤差影響最大，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，凡影響工件精度的尺寸應(yīng)嚴(yán)格控制其制造誤差，一般可取工件上相應(yīng)尺寸或位置公差的1215作為夾具元件的公差。3.4工件的安裝誤差對數(shù)控的影響工件的安裝誤差是由定位誤差、夾緊誤差和夾具誤差等三項(xiàng)組成。其中，夾具誤差如上所述，此處不再贅述。夾緊誤差是指工件在夾緊力作用下發(fā)生的位移，其大小是工件基準(zhǔn)面至刀具調(diào)整面之間距離的最大與最小尺寸之差。它包括工件在夾緊力作用下的彈性變形、夾緊時(shí)工件發(fā)生的位移或偏轉(zhuǎn)而改變了工件在定位

27、時(shí)所占有的正確位置、工件定位面與夾具支承面之間的接觸部分的變形。定位誤差多數(shù)是定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合導(dǎo)致的。應(yīng)盡量使定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 4減少機(jī)床的熱變形4減少機(jī)床的熱變形在內(nèi)外熱源的影響下，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對運(yùn)動關(guān)系遭到破環(huán)，也使機(jī)床精度下降。對于數(shù)控機(jī)床來說，因?yàn)槿考庸み^程是計(jì)算的指令控制的，熱變形的影響就更為嚴(yán)重。為了減少熱變形，在數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)中通常采用以下措施。1.減少發(fā)熱機(jī)床內(nèi)部發(fā)熱時(shí)產(chǎn)生熱變形的主要熱源，應(yīng)當(dāng)盡可能地將熱源從主機(jī)中分離出去。2.控制溫升在采取了一系列減少熱源的措施后，熱變形的情況

28、將有所改善。但要完全消除機(jī)床的內(nèi)外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的。所以必須通過良好的散熱和冷卻來控制溫升，以減少熱源的影響。其中部較有效的方法是在機(jī)床的發(fā)熱部位強(qiáng)制冷卻，也可以在機(jī)床低溫部分通過加熱的方法，使機(jī)床各點(diǎn)的溫度趨于一致，這樣可以減少由于溫差造成的翹曲變形。重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 5數(shù)控車床的位移檢測裝置5數(shù)控車床的位移檢測裝置位移檢測裝置是閉環(huán)和半閉環(huán)控制的CNC系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是檢測執(zhí)行部件的位移，并將其反饋至CNC裝置，構(gòu)成位移閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行部件位置的準(zhǔn)確控制，保證刀具相對工件的運(yùn)動軌跡。因此位移檢測裝置對數(shù)控車床的精度及為重要。

29、采用閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，其加工精度主要取決于位移檢測裝置的精度。因此必須盡量提高位移檢測裝置的精度。位移檢測裝置的精度指標(biāo)主要有精度和分辨率兩項(xiàng)。精度是指在一定長度或轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)測量積累誤差的最大值，目前直線位移檢測精度一般已達(dá)±（0.0020.02）mm/m,轉(zhuǎn)角位移測量精度可達(dá)±10"/360°。系統(tǒng)分辨率是測量元件所能正確檢測的最小位移量，目前直線位移的分辨率多數(shù)為0.0010.01mm。轉(zhuǎn)角位移分辨率為2"。位移檢測裝置分辨率的選取通常和脈當(dāng)量的選取方法一樣，數(shù)值也相同，取機(jī)床加工精度的1/31/10。本章只舉例說明直線光柵位

30、移檢測器。直線光柵 1長光柵檢測裝置的結(jié)構(gòu) 光柵分為物理光柵和計(jì)量光柵，物理光柵刻線細(xì)密，用于光譜分析和光波波長的測定。計(jì)量光柵，比較而言刻線較粗，但柵距也較小，在0.0040.25mm之間，主要用在數(shù)字檢測系統(tǒng)。2工作原理 以透射光柵為例，當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個小角度，并且兩個光柵尺刻面相對平行放置時(shí)，在光源的照射下，位于幾乎垂直柵紋上，形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為“莫爾條紋”（見圖5.1）。嚴(yán)格的說，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條紋暗之間的距離稱為莫爾條紋的寬度，以W表示。莫爾條紋具有以下特征： 圖5.1 莫爾條

31、紋（1）莫爾條紋的變化規(guī)律 兩光柵相對移過一個柵距，莫爾條紋移過一個條紋間距。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正（余）弦函數(shù)，變化周期數(shù)與兩光柵相對移過的柵距數(shù)同步。 （2）放大作用 在兩光柵柵線夾角較小的情況下，莫爾條紋寬度W和光柵柵距d、柵線夾角之間有下列關(guān)系： W=d/2sin(/2) 式中 的單位為rad，W 的單位為mm。由于角很小，sin ，則W/d 。若d = 0.01mm，= 0.01rad，則由上式可得W =1mm，即把光柵距轉(zhuǎn)換成放大100倍的莫爾條紋寬度。 （3）均化誤差作用 莫爾條紋是由若干光柵條紋共用形成，例如100線/mm的光柵，10mm寬的莫爾條紋就

32、由1000條線紋組成，這樣?xùn)啪嘀g的相鄰誤差就被平均化了，消除了由于柵距不均勻、斷裂等造成的誤差。重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 6提高數(shù)控車床的系統(tǒng)精度6提高數(shù)控車床的系統(tǒng)精度6.1位置精度的測量和補(bǔ)償大量統(tǒng)計(jì)資料表明:65.7%以上的新機(jī)床,安裝時(shí)都不符合其技術(shù)指標(biāo)；90%使用中的數(shù)控機(jī)床處于失準(zhǔn)工作狀態(tài)。因此,對機(jī)床工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和對機(jī)床精度進(jìn)行經(jīng)常的測試是非常必要的,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題,提高零件加工精度。目前數(shù)控機(jī)床位置精度的檢驗(yàn)通常采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO230-2或國家標(biāo)準(zhǔn)GB10931-89等。同一臺機(jī)床，由于采用的標(biāo)準(zhǔn)不同，所得到的位置精度也不相同，因此在選擇數(shù)控機(jī)床

33、的精度指標(biāo)時(shí)，也要注意它所采用的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)控機(jī)床的位置精度通常指各數(shù)控軸的反向偏差和定位精度。對于這二者的測定和補(bǔ)償是提高加工精度的必要途徑。6.1.1反向偏差測量和補(bǔ)償在數(shù)控機(jī)床上，由于各坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動鏈上驅(qū)動部件(如伺服電動機(jī)、伺服液壓馬達(dá)和步進(jìn)電動機(jī)等)的反向死區(qū)、各機(jī)械運(yùn)動傳動副的反向間隙等誤差的存在，造成各坐標(biāo)軸在由正向運(yùn)動轉(zhuǎn)為反向運(yùn)動時(shí)形成反向偏差，通常也稱反向間隙或失動量。對于采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床, 反向偏差的存在就會影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度, 從而影響產(chǎn)品的加工精度。如在G01切削運(yùn)動時(shí), 反向偏差會影響插補(bǔ)運(yùn)動的精度, 若偏差過大就會造成“圓不夠圓，方不夠方”

34、的情形；而在G00快速定位運(yùn)動中，反向偏差影響機(jī)床的定位精度，使得鉆孔、鏜孔等孔加工時(shí)各孔間的位置精度降低。同時(shí)，隨著設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)間的增長, 反向偏差還會隨因磨損造成運(yùn)動副間隙的逐漸增大而增加, 因此需要定期對機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向偏差進(jìn)行測定和補(bǔ)償。（1）反向偏差的測定反向偏差的測定方法：在所測量坐標(biāo)軸的行程內(nèi), 預(yù)先向正向或反向移動一個距離并以此停止位置為基準(zhǔn),再在同一方向給予一定移動指令值，使之移動一段距離,然后再往相反方向移動相同的距離,測量停止位置與基準(zhǔn)位置之差。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個位置分別進(jìn)行多次測定(一般為七次),求出各個位置上的平均值, 以所得平均值中的最大值為反向偏差測

35、量值。在測量時(shí)一定要先移動一段距離,否則不能得到正確的反向偏差值。測量直線運(yùn)動軸的反向偏差時(shí)，測量工具通常采有千分表或百分表，若條件允許,可使用雙頻激光干涉儀進(jìn)行測量。當(dāng)采用千分表或百分表進(jìn)行測量時(shí)，需要注意的是表座和表?xiàng)U不要伸出過高過長，因?yàn)闇y量時(shí)由于懸臂較長，表座易受力移動，造成計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，補(bǔ)償值也就不真實(shí)了。若采用編程法實(shí)現(xiàn)測量，則能使測量過程變得更便捷更精確。例如，在二坐標(biāo)數(shù)控車床上測量X軸的反向偏差，可先將表壓住主軸的圓柱表面，然后運(yùn)行如下程序進(jìn)行測量：N10 G01 X50 F1000；工作臺后移N20X-50；工作臺前移，消除傳動間隙N30 G04 X5；暫停以便觀察N40 Z50

36、；Z軸右移N50 X-50：工作臺前移N60 X50：工作臺后移復(fù)位N70 Z-50：Z軸復(fù)位N80 G04 X5：暫停以便觀察N90 M99；需要注意的是，在工作臺不同的運(yùn)行速度下所測出的結(jié)果會有所不同。一般情況下，低速的測出值要比高速的大, 特別是在機(jī)床軸負(fù)荷和運(yùn)動阻力較大時(shí)。低速運(yùn)動時(shí)工作臺運(yùn)動速度較低，不易發(fā)生過沖超程(相對“反向間隙”)，因此測出值較大；在高速時(shí)，由于工作臺速度較高，容易發(fā)生過沖超程，測得值偏小。回轉(zhuǎn)運(yùn)動軸反向偏差量的測量方法與直線軸相同，只是用于檢測的儀器不同而已。（2）反向偏差的補(bǔ)償國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床, 定位精度有不少>0.02mm，但沒有補(bǔ)償功能。對這類機(jī)床，在

37、某些場合下，可用編程法實(shí)現(xiàn)單向定位，清除反向間隙，在機(jī)械部分不變的情況下，只要低速單向定位到達(dá)插補(bǔ)起始點(diǎn)，然后再開始插補(bǔ)加工。插補(bǔ)進(jìn)給中遇反向時(shí), 給反向間隙值再正式插補(bǔ), 即可提高插補(bǔ)加工的精度，基本上可以保證零件的公差要求。對于其他類別的數(shù)控機(jī)床，通常數(shù)控裝置內(nèi)存中設(shè)有若干個地址，專供存儲各軸的反向間隙值。當(dāng)機(jī)床的某個軸被指令改變運(yùn)動方向時(shí)，數(shù)控裝置會自動讀取該軸的反向間隙值，對坐標(biāo)位移指令值進(jìn)行補(bǔ)償、修正，使機(jī)床準(zhǔn)確地定位在指令位置上，消除或減小反向偏差對機(jī)床精度的不利影響。一般數(shù)控系統(tǒng)只有單一的反向間隙補(bǔ)償值可供使用，為了兼顧高、低速的運(yùn)動精度，除了要在機(jī)械上做得更好以外，只能將在快速

38、運(yùn)動時(shí)測得的反向偏差值作為補(bǔ)償值輸入，因此難以做到平衡、兼顧快速定位精度和切削時(shí)的插補(bǔ)精度。對于FANUC0i、FANUC18i等數(shù)控系統(tǒng)，有用于快速運(yùn)動(G00)和低速切削進(jìn)給運(yùn)動(G01)的兩種反向間隙補(bǔ)償可供選用。根據(jù)進(jìn)給方式的不同，數(shù)控系統(tǒng)自動選擇使用不同的補(bǔ)償值，完成較高精度的加工。將G01切削進(jìn)給運(yùn)動測得的反向間隙值A(chǔ) 輸入?yún)?shù)NO11851(G01的測試速度可根據(jù)常用的切削進(jìn)給速度及機(jī)床特性來決定)，將G00測得的反向間隙值B 輸入?yún)?shù)NO11852。需要注意的是，若要數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行分別指定的反向間隙補(bǔ)償，應(yīng)將參數(shù)號碼1800的第四位(RBK)設(shè)定為1；若RBK設(shè)定為0，則不執(zhí)行分

39、別指定的反向間隙補(bǔ)償。G02、G03、JOG與G01使用相同的補(bǔ)償值。6.1.2定位精度的測量和補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床的定位精度是指所測量的機(jī)床運(yùn)動部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運(yùn)動所能達(dá)到的位置精度，是數(shù)控機(jī)床有別于普通機(jī)床的一項(xiàng)重要精度，它與機(jī)床的幾何精度共同對機(jī)床切削精度產(chǎn)生重要的影響，尤其對孔隙加工中的孔距誤差具有決定性的影響。一臺數(shù)控機(jī)床可以從它所能達(dá)到的定位精度判出它的加工精度，所以對數(shù)控機(jī)床的定位精度進(jìn)行檢測和補(bǔ)償是保證加工質(zhì)量的必要途徑。（1）定位精度的測定目前多采用雙頻激光干涉儀對機(jī)床檢測和處理分析，利用激光干涉測量原理，以激光實(shí)時(shí)波長為測量基準(zhǔn)，所以提高了測試精度及增強(qiáng)了適用范圍。檢測方法如下

40、：安裝雙頻激光干涉儀；在需要測量的機(jī)床坐標(biāo)軸方向上安裝光學(xué)測量裝置；調(diào)整激光頭，使測量軸線與機(jī)床移動軸線共線或平行，即將光路預(yù)調(diào)準(zhǔn)直；待激光預(yù)熱后輸入測量參數(shù)；按規(guī)定的測量程序運(yùn)動機(jī)床進(jìn)行測量；數(shù)據(jù)處理及結(jié)果輸出。（2）定位精度的補(bǔ)償若測得數(shù)控機(jī)床的定位誤差超出誤差允許范圍，則必須對機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償。常用方法是計(jì)算出螺距誤差補(bǔ)償表，手動輸入機(jī)床CNC系統(tǒng),從而消除定位誤差，由于數(shù)控機(jī)床三軸或四軸補(bǔ)償點(diǎn)可能有幾百上千點(diǎn)，所以手動補(bǔ)償需要花費(fèi)較多時(shí)間，并且容易出錯。現(xiàn)在通過RS232接口將計(jì)算機(jī)與機(jī)床CNC控制器聯(lián)接起來，用VB編寫的自動校準(zhǔn)軟件控制激光干涉儀與數(shù)控機(jī)床同步工作，實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床定位

41、精度的自動檢測及自動螺距誤差補(bǔ)償，其補(bǔ)償方法如下：備份CNC 控制系統(tǒng)中的已有補(bǔ)償參數(shù)；由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生進(jìn)行逐點(diǎn)定位精度測量的機(jī)床CNC程序,并傳送給CNC 系統(tǒng);自動測量各點(diǎn)的定位誤差；根據(jù)指定的補(bǔ)償點(diǎn)產(chǎn)生一組新的補(bǔ)償參數(shù),并傳送給CNC系統(tǒng),螺距自動補(bǔ)償完成；重復(fù)進(jìn)行精度驗(yàn)證。根據(jù)數(shù)控機(jī)床各軸的精度狀況,利用螺距誤差自動補(bǔ)償功能和反向間隙補(bǔ)償功能,合理地選擇分配各軸補(bǔ)償點(diǎn),使數(shù)控機(jī)床達(dá)到最佳精度狀態(tài),并大大提高了檢測機(jī)床定位精度的效率。定位精度是數(shù)控機(jī)床的一個重要指標(biāo)。盡管在用戶購選時(shí)可以盡量挑選精度高誤差小的機(jī)床，但是隨著設(shè)備投入使用時(shí)間越長，設(shè)備磨損越厲害，造成機(jī)床的定位誤差越來越大，這對

42、加工和生產(chǎn)的零件有著致命的影響。采用以上方法對機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向偏差、定位精度進(jìn)行準(zhǔn)確測量和補(bǔ)償, 可以很好地減小或消除反向偏差對機(jī)床精度的不利影響,提高機(jī)床的定位精度，使機(jī)床處于最佳精度狀態(tài), 從而保證零件的加工質(zhì)量。6.2數(shù)控車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統(tǒng)的作用是把接受來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大、整形處理后，轉(zhuǎn)換成機(jī)床執(zhí)行部件的直線位移或角位移運(yùn)動。由于伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的最后環(huán)節(jié)，其性能將直接影響數(shù)控機(jī)床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)，因此，對數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動裝置，要求具有良好的快速反應(yīng)性能，準(zhǔn)確而靈敏地跟蹤數(shù)

43、控裝置發(fā)出的數(shù)字指令信號，并能忠實(shí)地執(zhí)行來自數(shù)控裝置的指令，提高系統(tǒng)的動態(tài)跟隨特性和靜態(tài)跟蹤精度。伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。驅(qū)動裝置由主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給驅(qū)動單元和主主軸伺服電動機(jī)、進(jìn)給伺服電動機(jī)組成。步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)，交流伺服電動機(jī)是常用的驅(qū)動裝置。測量元件將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移值檢測出來并經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置對反饋回來的實(shí)際位移值與指令值進(jìn)行比較，并向伺服系統(tǒng)輸出達(dá)到設(shè)定值所需的位移量指令。如圖6.1。圖6.1伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6.3數(shù)控機(jī)床采用高精度軌跡控制高精度軌跡控制其核心思想是：采用具有高分辨率和高采樣頻率的新型插補(bǔ)技術(shù)

44、，在保證速度的前提下大幅度提高軌跡生成精度；通過新型雙位置閉環(huán)控制，有效保證希望軌跡的高精度實(shí)現(xiàn)。以信息化軌跡校正消除機(jī)械誤差和干擾對軌跡精度的影響，從而保證所控制的機(jī)床可在生產(chǎn)環(huán)境中長期高精度運(yùn)行。高速高精度軌跡生成高精度軌跡生成是實(shí)現(xiàn)高精度軌跡控制的基礎(chǔ)。本文以高分辨率、高采樣頻率和粗精插補(bǔ)合一的多功能采樣插補(bǔ)生成刀具希望軌跡。6.3.1基本措施由采樣插補(bǔ)原理可知，插補(bǔ)誤差(mm)與進(jìn)給速度vf(mm/min)、插補(bǔ)頻率f(Hz)和被插補(bǔ)曲線曲率半徑(mm)間有如下關(guān)系 (1) 由上式可知，為既保證高的進(jìn)給速度，又達(dá)到高的軌跡精度，一種有效的辦法就是提高采樣插補(bǔ)頻率。考慮到在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上

45、將經(jīng)常遇到高速高精度小曲率半徑加工問題。為此，應(yīng)發(fā)揮軟硬件綜合優(yōu)勢將采樣插補(bǔ)頻率提高到5kHz，即插補(bǔ)周期為0.2ms。這樣，即使要求進(jìn)給速度達(dá)到60m/min，在當(dāng)前曲率半徑為50mm時(shí)，仍能保證插補(bǔ)誤差不大于0.1m。6.3.2數(shù)學(xué)模型常規(guī)采樣插補(bǔ)算法普遍采用遞推形式，一般存在誤差積累效應(yīng)。這種效應(yīng)在高速高精度插補(bǔ)時(shí)將對插補(bǔ)精度造成不可忽視的影響。因此，我們采用新的絕對式插補(bǔ)算法，其要點(diǎn)是：為被插補(bǔ)曲線建立便于計(jì)算的參數(shù)化數(shù)學(xué)模型x=f1(u)，y=f2(u)，z=f3(u)(2)式中u參變量，u0，1要求用其進(jìn)行軌跡插補(bǔ)時(shí)不涉及函數(shù)計(jì)算，只需經(jīng)過次數(shù)很少的加減乘除運(yùn)算即可完成。例如，對于

46、圓弧插補(bǔ)，式(2)的具體形式為x y=2u 1-M (3)式中M常數(shù)矩陣，當(dāng)插補(bǔ)點(diǎn)位于一、二、三、四象限時(shí)，其取值分別為 r為圓弧半徑。6.3.3實(shí)時(shí)插補(bǔ)計(jì)算在參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上，插補(bǔ)軌跡計(jì)算可以模型坐標(biāo)原點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行，從而可消除積累誤差，有效保證插補(bǔ)計(jì)算的速度和精度。其實(shí)現(xiàn)過程如下：首先根據(jù)當(dāng)前進(jìn)給速度和加減速要求確定當(dāng)前采樣周期插補(bǔ)直線段長度L。然后，按下式計(jì)算當(dāng)前采樣周期參變量的取值 (4) 式中ui-1上一采樣周期參變量的取值參變量的攝動量與對應(yīng)的x，y，z的攝動量最后將ui代入軌跡計(jì)算公式(2)，即可計(jì)算出插補(bǔ)軌跡上當(dāng)前點(diǎn)的坐標(biāo)值xi，yi,zi。不斷重復(fù)以上過程直至到達(dá)插補(bǔ)終點(diǎn)，即

47、可得到整個離散化的插補(bǔ)軌跡。需說明一點(diǎn)，按式(4)計(jì)算ui時(shí)允許有一定誤差，此誤差僅會對進(jìn)給速度有微小影響，不會對插補(bǔ)軌跡精度產(chǎn)生任何影響。這樣，式中的開方運(yùn)算可用查表方式快速完成。6.3.4算例分析表1給出了第一象限半徑為50mm圓弧的插補(bǔ)計(jì)算結(jié)果。表中第一行為插補(bǔ)點(diǎn)序號，u行為各插補(bǔ)點(diǎn)處參變量的取值，x、y行為各插補(bǔ)點(diǎn)的坐標(biāo)值。為分析插補(bǔ)誤差，將各插補(bǔ)點(diǎn)處的圓弧半徑和插補(bǔ)直線段長度的實(shí)際值也一同列于表中的r行和L行。由表6.1可見，雖然插補(bǔ)過程中計(jì)算ui時(shí)產(chǎn)生的誤差對插補(bǔ)點(diǎn)沿被插補(bǔ)曲線前后位置的準(zhǔn)確性有一定影響(L值約有小于1%的誤差)，但各插補(bǔ)點(diǎn)處的r值總是50.000，這說明插補(bǔ)點(diǎn)準(zhǔn)確

48、位于被插補(bǔ)曲線上，不存在軌跡誤差。表6.1圓弧插補(bǔ)計(jì)算結(jié)果(x,y,r，L的單位為mm)插補(bǔ)點(diǎn)uxyrL10.07949.3837.83150.0007.85520.15947.54315.48250.0007.86930.24144.52622.74750.0007.86640.32640.41029.44650.0007.86350.41535.29735.41350.0007.85860.51129.31940.50250.0007.85170.61422.62544.58850.0007.84280.72815.38547.57450.0007.83290.8557.78249.391

49、50.0007.818101.0000.00050.00050.0007.8066.3.5實(shí)現(xiàn)高精度軌跡控制的雙閉環(huán)控制方案 通過高速高精度插補(bǔ)獲得精確的刀具希望軌跡后，下一步的任務(wù)便是如何保證刀具實(shí)際運(yùn)動軌跡與插補(bǔ)產(chǎn)生的希望軌跡一致。為此需首先解決各運(yùn)動坐標(biāo)的高精度位置控制問題。1系統(tǒng)組成常規(guī)全閉環(huán)機(jī)床位置控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖6.2所示。其設(shè)計(jì)思想是在速度環(huán)的基礎(chǔ)上加上位置外環(huán)來構(gòu)成全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。根據(jù)電力拖動系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)此類系統(tǒng)時(shí)，位置控制器應(yīng)選用PI或PID調(diào)節(jié)器，以使系統(tǒng)獲得較快的跟隨性能。然而，因這類系統(tǒng)為高階型系統(tǒng)，其開環(huán)頻率特性將與非線性環(huán)節(jié)的負(fù)倒幅曲線相交，從

50、而使系統(tǒng)出現(xiàn)非線性自持振蕩而無法正常工作。這就使得這類系統(tǒng)難以在實(shí)際中廣泛應(yīng)用。圖6.2常規(guī)全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)ni,no調(diào)速系統(tǒng)輸入指令和輸出轉(zhuǎn)速Ki傳動機(jī)構(gòu)增益為了克服常規(guī)全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)存在的缺陷，必須打破以速度內(nèi)環(huán)為基礎(chǔ)構(gòu)造全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)理論的束縛，尋求新的在保證可靠穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上獲得高精度的途徑。經(jīng)過多年探索，我們研究出一種新的轉(zhuǎn)角-線位移雙閉環(huán)位置控制方法，由其構(gòu)成的位置控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖6.3所示。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：整個系統(tǒng)由內(nèi)外兩個位置環(huán)組成。其中內(nèi)部閉環(huán)為轉(zhuǎn)角位置閉環(huán)，其檢測元件為裝于電機(jī)軸上的光電編碼盤，驅(qū)動裝置為交流伺服系統(tǒng)，由此構(gòu)成一輸入為i輸出為

51、o的轉(zhuǎn)角隨動系統(tǒng)。外部位置閉環(huán)采用光柵、感應(yīng)同步器等線位移檢測元件直接獲取機(jī)床工作臺的位移信息，并以內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)角隨動系統(tǒng)為驅(qū)動裝置驅(qū)動工作臺運(yùn)動。工作臺的位移精度由線位移檢測元件決定。圖6.3轉(zhuǎn)角線位移雙閉環(huán)位置控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是，內(nèi)外環(huán)合理分工，內(nèi)環(huán)主管動態(tài)性能，外環(huán)保證穩(wěn)定性和跟隨精度。為提高系統(tǒng)的跟隨性能，引入由Gc(s)組成的前饋通道，構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)。2穩(wěn)定性與誤差分析(1)穩(wěn)定性分析由于內(nèi)部轉(zhuǎn)角閉環(huán)不包含間隙非線性環(huán)節(jié)，因此通過合理設(shè)計(jì)該局部線性系統(tǒng)，可使其成為一無超調(diào)的快速隨動系統(tǒng)，其動態(tài)特性可近似表示為 (5) 式中K轉(zhuǎn)角閉環(huán)增益T轉(zhuǎn)角閉環(huán)時(shí)間常數(shù)系統(tǒng)外環(huán)雖然包

52、含了非線性環(huán)節(jié)，但設(shè)計(jì)控制器使 (6) 式中Kp積分環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)將系統(tǒng)校正為型并合理選擇系統(tǒng)增益，可避免系統(tǒng)的頻率特性曲線與非線性環(huán)節(jié)的負(fù)倒幅曲線相交或?qū)⑵浒鼑?，從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。顯然當(dāng)T較小時(shí)o(s)/i(s)K，系統(tǒng)將具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。 (2)跟隨誤差分析采用上述方案可保證圖6.4系統(tǒng)穩(wěn)定工作，因此可忽略非線性因素的影響，求出該系統(tǒng)的傳遞函數(shù) (7)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使反饋系數(shù)Kf=1，前饋通道 (8)有x(s)1 (9)上式說明，雙閉環(huán)系統(tǒng)具有理想的動態(tài)性能和跟隨精度。6.4數(shù)控車床信息化軌跡誤差校正在雙位置閉環(huán)控制下，機(jī)床坐標(biāo)運(yùn)動的精度主要取決于檢測裝置獲取信息的準(zhǔn)確程度。因此，進(jìn)一步通過信息補(bǔ)償有效提高檢測裝置的精度并使其不受外部環(huán)境的影響，將為進(jìn)一步提高坐標(biāo)運(yùn)動精度提供一條新的途徑。為此采取以下措施：對檢測裝置的誤差及其與系統(tǒng)狀態(tài)的關(guān)系進(jìn)行精確測定并建立描述誤差關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，加工過程中由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)有關(guān)狀態(tài)信息(如工