數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)課件

第四部分

進(jìn)給伺服系統(tǒng)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/51數(shù)控技術(shù)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第一節(jié)

概述

第二節(jié)

進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置

第三節(jié)

進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

第四節(jié)

典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第五節(jié)

伺服系統(tǒng)性能分析

第六節(jié)

伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/52數(shù)控技術(shù)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)內(nèi)容提要本章將詳細(xì)討論進(jìn)給伺服系統(tǒng)的軟件硬件結(jié)構(gòu)；進(jìn)給伺服系統(tǒng)基本功能的原理及實(shí)現(xiàn)方法。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/53數(shù)控技術(shù)進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。如果說CNC裝置是數(shù)控系統(tǒng)的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的“四肢”，是一種“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。它忠實(shí)地執(zhí)行由CNC裝置發(fā)來的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)給速度與位移量。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/54數(shù)控技術(shù)第一節(jié)

概述第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/55數(shù)控技術(shù)第一節(jié)概述.進(jìn)給伺服系統(tǒng)的定義及組成1、定義：進(jìn)給伺服系統(tǒng)(FeedServoSystem)——以移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。2、組成：進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：位置控 制單元；速度控制單元；驅(qū)動(dòng)元件(電機(jī))；檢測(cè)與反 饋單元；機(jī)械執(zhí)行部件。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/56數(shù)控技術(shù)位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋第一節(jié)概述第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/57數(shù)控技術(shù)二、NC機(jī)床對(duì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性(在調(diào)速范圍內(nèi))

調(diào)速范圍：一般要求：

穩(wěn)定性：指輸出速度的波動(dòng)要少，尤其是在低速時(shí)的平穩(wěn)性顯得特別重要。第一節(jié)概述第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/58數(shù)控技術(shù)輸出位置精度要高

靜態(tài)：定位精度和重復(fù)定位精度要高，即定位誤差和重復(fù)定位誤差要小。(尺寸精度)

動(dòng)態(tài)：跟隨精度，這是動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，用跟隨誤差表示。(輪廓精度)靈敏度要高，有足夠高的分辯率。第一節(jié)概述第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/59數(shù)控技術(shù)負(fù)載特性要硬

在系統(tǒng)負(fù)載范圍內(nèi)，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，輸出速度應(yīng)基本不變。即△F盡可能??；當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，要求速度的恢復(fù)時(shí)間短且無振蕩。即△t盡可能短；應(yīng)有足夠的過載能力。這是要求伺服系統(tǒng)有良好的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)剛度。tF△t△F第一節(jié)概述第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/510數(shù)控技術(shù)響應(yīng)速度快且無超調(diào)

這是對(duì)伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的要求，即在無超調(diào)的前提下，執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度的建立時(shí)間tp

應(yīng)盡可能短。通常要求從0→Fmax（Fmax→0），其時(shí)間應(yīng)小于200ms，且不能有超調(diào)，否則對(duì)機(jī)械部件不利，有害于加工質(zhì)量。tFtp第一節(jié)概述第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/511數(shù)控技術(shù)能可逆運(yùn)行和頻繁靈活啟停。系統(tǒng)的可靠性高，維護(hù)使用方便，成本低。

綜上所述：對(duì)伺服系統(tǒng)的要求包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性兩方面；對(duì)高精度的數(shù)控機(jī)床，對(duì)其動(dòng)態(tài)性能的要求更嚴(yán)。第一節(jié)概述第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/512數(shù)控技術(shù)第二節(jié)

進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/513數(shù)控技術(shù)第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置、概述

組成：位置測(cè)量裝置是由檢測(cè)元件（傳感器）和信號(hào)處理裝置組成的。

作用：實(shí)時(shí)測(cè)量執(zhí)行部件的位移和速度信號(hào)，并變換成位置控制單元所要求的信號(hào)形式，將運(yùn)動(dòng)部件現(xiàn)實(shí)位置反饋到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由位置檢測(cè)裝置的精度決定的，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)，尤其是高精度進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，必須精心選擇位置檢測(cè)裝置。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/514數(shù)控技術(shù)進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)位置測(cè)量裝置的要求高可靠性和高抗干擾性：受溫度、濕度的影響小，工作可靠，精度保持性好，抗干擾能力強(qiáng)；能滿足精度和速度的要求：位置檢測(cè)裝置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的分辨率（一個(gè)數(shù)量級(jí)）；位置檢測(cè)裝置最高允許的檢測(cè)速度應(yīng)數(shù)控機(jī)床的最高運(yùn)行速度。使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；成本低。第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/515數(shù)控技術(shù).位置檢測(cè)裝置的分類按輸出信號(hào)的形式分類：數(shù)字式和模擬式按測(cè)量基點(diǎn)的類型分類：增量式和絕對(duì)式按位置檢測(cè)元件的運(yùn)動(dòng)形式分類：回轉(zhuǎn)型和直線型第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/516數(shù)控技術(shù)常用位置檢測(cè)裝置分類表第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/517數(shù)控技術(shù).感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)及分類結(jié)構(gòu)定尺sincos節(jié)距2τ（2mm）節(jié)距（0.5mm）絕緣粘膠銅箔鋁箔耐切削液涂層基板(鋼、銅)滑尺第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/518數(shù)控技術(shù)分類第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/519數(shù)控技術(shù)感應(yīng)同步器的工作原理.

感應(yīng)同步器是利用勵(lì)磁繞組與感應(yīng)繞組間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，由于電磁耦合的變化，感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化，借以進(jìn)行位移量的檢測(cè)。感應(yīng)同步器滑尺上的繞組是勵(lì)磁繞組，定尺上的繞組是感應(yīng)繞組。第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/520數(shù)控技術(shù)US感應(yīng)同步器的工作原理U0U0θ1USUSUSUS定尺滑尺θ1第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/521數(shù)控技術(shù)感應(yīng)同步器的信號(hào)處理原理滑尺與定尺相對(duì)位移量x的求?。骸?τ:2π=x:θ1∴x=τθ1／π結(jié)論：相對(duì)位移量x與相位角θ1呈線性關(guān)系，只要能測(cè)出相位角θ1，就可求得位移量x。第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/522數(shù)控技術(shù)感應(yīng)同步器的特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)特點(diǎn)精度高：平均自補(bǔ)償特性；對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)：抗?jié)瘛囟?、熱變形影響的能力?qiáng)；維護(hù)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)：非接觸測(cè)量，無磨損，精度保持性好。第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/523數(shù)控技術(shù).脈沖編碼器脈沖編碼器又稱碼盤，是一種回轉(zhuǎn)式數(shù)字測(cè)量元件，通常裝在被檢測(cè)軸上，隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換為增量脈沖形式或絕對(duì)式的代碼形式。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式碼盤可分為接觸式、光電式和電磁式3種。其中，光電碼盤在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多，而由霍爾效應(yīng)構(gòu)成的電磁碼盤則可用作速度檢測(cè)元件。另外，它還可分為絕對(duì)式和增量式兩種。第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/524數(shù)控技術(shù).增量脈沖編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理信號(hào)處理裝置abz碼盤基片透鏡光源光敏元件透光狹縫光欄板節(jié)距τm+τ/4第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/525數(shù)控技術(shù)信號(hào)處理裝置abz節(jié)距τm+τ/4AAa第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/526數(shù)控技術(shù)

光電碼盤隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在光源的照射下，透過光電碼盤和光欄板形成忽明忽暗的光信號(hào)，光敏元件把此光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過信號(hào)處理裝置的整形、放大等處理后輸出。輸出的波形有六路：

其中，是的取反信號(hào)。第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/527數(shù)控技術(shù)輸出信號(hào)的作用及其處理

A、B兩相的作用根據(jù)脈沖的數(shù)目可得出被測(cè)軸的角位移；根據(jù)脈沖的頻率可得被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速；根據(jù)A、B兩相的相位超前滯后關(guān)系可判斷被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)方向。Z相的作用被測(cè)軸的周向定位基準(zhǔn)信號(hào)；被測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號(hào)。AB90OZ……碼盤轉(zhuǎn)一圈第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/528數(shù)控技術(shù)增量式碼盤的規(guī)格及分辨率規(guī)格增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)；現(xiàn)在市場(chǎng)上提供的規(guī)格從36線/轉(zhuǎn)到10萬線

/轉(zhuǎn)都有；選擇：①伺服系統(tǒng)要求的分辨率；②考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。分辨率（分辨角）α設(shè)增量式碼盤的規(guī)格為n線/轉(zhuǎn)：第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/529數(shù)控技術(shù).光電編碼器的特點(diǎn)非接觸測(cè)量，無接觸磨損，碼盤壽命長(zhǎng)，精度保證性好；允許測(cè)量轉(zhuǎn)速高，精度較高；。光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強(qiáng)；體積小，便于安裝，適合于機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短；碼盤基片為玻璃，抗沖擊和抗震動(dòng)能力差。第二節(jié)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/530數(shù)控技術(shù)內(nèi)容小結(jié)1、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的定義及組成

2、數(shù)控機(jī)床對(duì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求。3、位置檢測(cè)裝置的分類。4、感應(yīng)同步器

5、脈沖編碼器

2023/2/531數(shù)控技術(shù)習(xí)題與思考題1、名詞解釋：進(jìn)給伺服系統(tǒng)2、簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床對(duì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求。3、簡(jiǎn)述位置檢測(cè)裝置的分類。4、簡(jiǎn)述感應(yīng)同步器的工作原理。5、簡(jiǎn)述增量脈沖編碼盤中A、B、Z三相輸出信號(hào)的作用。2023/2/532數(shù)控技術(shù)第三節(jié)

進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/533數(shù)控技術(shù)第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、概述

進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：由進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的電機(jī)及其控制和驅(qū)動(dòng)裝置

組成。電機(jī)：進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力部件，它提供執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)所需的動(dòng)力，在數(shù)控機(jī)床上目前常用的電機(jī)有：步進(jìn)電機(jī)直流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)直線電機(jī)。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/534數(shù)控技術(shù)速度單元：電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)裝置，通常驅(qū)動(dòng)電機(jī)與速度控制單元是相互配套供應(yīng)的，其性能參數(shù)都是進(jìn)行了相互匹配，這樣才能獲得高性能的系統(tǒng)指標(biāo)。速度控制單元主要作用：接受來自位置控制單元的速度指令信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)運(yùn)算(目的是穩(wěn)速)，將其變換成電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量(頻率，電壓等)，再經(jīng)功率放大部件將其變換成電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電量，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)按要求運(yùn)行。簡(jiǎn)言之：調(diào)節(jié)、變換、功放。第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/535數(shù)控技術(shù)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)（與主運(yùn)動(dòng)（主軸）系統(tǒng)比較）：功率相對(duì)較?。豢刂凭纫蟾?；控制性能要求高，尤其是動(dòng)態(tài)性能。第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/536數(shù)控技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)裝置步進(jìn)電機(jī)流行于70年代，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易、維修方面，且控制為全數(shù)字化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率驅(qū)動(dòng)電路之外，其它部分均可由軟件實(shí)現(xiàn)，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。因此，這類系統(tǒng)目前仍有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)。目前步進(jìn)電機(jī)僅用于小容量、低速、精度要不高的場(chǎng)合，如經(jīng)濟(jì)型數(shù)控；打印機(jī)、繪圖機(jī)等計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備。第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/537數(shù)控技術(shù)、直流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上的，電磁力的大小正比于電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)，直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組所建立的磁場(chǎng)是電機(jī)的主磁場(chǎng)，按對(duì)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁方式不同，直流電機(jī)可分為：他激式、并激式、串激式、復(fù)激式、永磁式。20世紀(jì)80~90年代中期，永磁式直流伺服電機(jī)在NC機(jī)床中廣泛采用。第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/538數(shù)控技術(shù)直流伺服電機(jī)的特點(diǎn)過載倍數(shù)大，時(shí)間長(zhǎng)；具有大的轉(zhuǎn)矩/慣量比，電機(jī)的加速大，響應(yīng)快。低速轉(zhuǎn)矩大，慣量大，可與絲桿直接相聯(lián)。調(diào)速范圍大：1∶2000。帶有高精度的速度和角位置檢測(cè)元件；電機(jī)允許溫度達(dá)150°以上，由于溫升高，影響機(jī)床精度因轉(zhuǎn)子慣性大，電源容量以及機(jī)械傳動(dòng)件的剛度都需相應(yīng)增大。電刷、維護(hù)不便第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/539數(shù)控技術(shù)、交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)

由于直流伺服電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，80年代初至90年代中，在要求調(diào)速性能較高的場(chǎng)合，直流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但其卻存在一些固有的缺點(diǎn)，即：電刷和換向器易磨損，維護(hù)麻煩結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高而交流伺服電機(jī)則沒有上述缺點(diǎn)。特別是在同樣體積下，交流伺服電機(jī)的輸出功率比直流電機(jī)提高10%～70%，且可達(dá)到的轉(zhuǎn)速比直流電機(jī)高。因此，人們一直在尋求交流電機(jī)調(diào)速方案來取代直流電機(jī)調(diào)速的方案。第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/540數(shù)控技術(shù)分類第三節(jié)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/541數(shù)控技術(shù)第四節(jié)

典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/542數(shù)控技術(shù)第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制).開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)(Open-LoopSystem)不帶位置測(cè)量反饋裝置的系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)只能用步進(jìn)電機(jī)；主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控或普通機(jī)床的數(shù)控化改造A’相、B’相C’相、…A相、B相C相、…f、nCNC插補(bǔ)指令脈沖頻率f脈沖個(gè)數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大步進(jìn)電機(jī)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/543數(shù)控技術(shù).步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要解決的主要問題：

①動(dòng)力計(jì)算、②傳動(dòng)計(jì)算、③驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)或選擇目的：傳動(dòng)計(jì)算選擇合適的參數(shù)以滿足脈沖當(dāng)量和進(jìn)給速度F的要求。圖中：f—脈沖頻率（HZ）α—步距角（度）

Z1、Z2—傳動(dòng)齒輪齒數(shù)

t—螺距(mm)

—脈沖當(dāng)量（mm）步進(jìn)電機(jī)Z1Z2tf，第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/544數(shù)控技術(shù)

傳動(dòng)比選擇：為了湊脈沖當(dāng)量mm，也為了增大傳遞的扭矩，在步進(jìn)電機(jī)與絲桿之間，要增加一對(duì)齒輪傳動(dòng)副，那么，傳動(dòng)比i=Z1/Z2與α、、t之間有如下關(guān)系：

例：=0.01t=6mmα=0.75°第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/545數(shù)控技術(shù)進(jìn)給速度F：一般步進(jìn)電機(jī)：若：δ=0.01mm則：若δ=0.001mm則：因此，當(dāng)一定時(shí)，與δ成正比，故我們?cè)谡劦讲竭M(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)的最高速度時(shí)，都應(yīng)指明是在多大的脈沖當(dāng)量δ下的否則是沒有意義的。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/546數(shù)控技術(shù).提高步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)精度的措施概述影響步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)傳動(dòng)精度的因素：步進(jìn)電機(jī)的步距角精度；機(jī)械傳動(dòng)部件的精度；絲桿等機(jī)械傳動(dòng)部件、支承的傳動(dòng)間隙；傳動(dòng)件和支承件的變形。提高步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)傳動(dòng)精度的措施適當(dāng)提高系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)的精度；采取各種精度補(bǔ)償措施。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/547數(shù)控技術(shù)傳動(dòng)間隙補(bǔ)償在整個(gè)行程范圍內(nèi)測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)間隙，取其平均值存放在數(shù)控系統(tǒng)中的間隙補(bǔ)償單元，當(dāng)進(jìn)給系統(tǒng)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)將補(bǔ)償值加到進(jìn)給指令中，從而達(dá)到補(bǔ)償目的。螺矩誤差補(bǔ)償雖然滾珠絲桿精度較高，但是總不可做的絕對(duì)精確，它的螺距總是存在著一定的誤差的，利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理能力，可以補(bǔ)償滾珠絲杠的螺矩累積誤差，以提高進(jìn)給位移精度。方法：首先測(cè)量出進(jìn)給絲框螺距誤差曲線(規(guī)律)，然后可采用下列兩種方法實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償：硬件補(bǔ)償、軟件補(bǔ)償。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/548數(shù)控技術(shù).閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)1、閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案分類按系統(tǒng)的控制信號(hào)類型分：模擬型系統(tǒng)、數(shù)字型系統(tǒng)第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/549數(shù)控技術(shù)2、模擬型系統(tǒng)：特征：這類系統(tǒng)全部采用模擬元件構(gòu)成；其輸入（控制）信號(hào)、輸出的位置、速度信號(hào)也是模擬量；速度和位置檢測(cè)元也是模擬式的。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/550數(shù)控技術(shù)特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，一般不會(huì)因峰值誤差導(dǎo)致致命的誤動(dòng)作?？捎贸Ｒ?guī)儀器儀表（示波器，萬用表等）直接讀取信息，易于隨時(shí)把握系統(tǒng)工作的基本情況。對(duì)弱信號(hào)信噪分離困難，控制精度的提高受到限制。在零點(diǎn)附近容易受到溫度漂移的影響，使位置控制產(chǎn)生漂移誤差。位置、速度調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)調(diào)整困難，適應(yīng)負(fù)載變化的能力較差。

模擬系統(tǒng)這種本質(zhì)缺陷，使它很難滿足高精度位置伺服控制的要求，目前已逐漸被數(shù)字伺服系統(tǒng)所取代。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/551數(shù)控技術(shù)3、數(shù)字型系統(tǒng)：

特征：這類系統(tǒng)是指至少其位置環(huán)控制與調(diào)節(jié)采用數(shù)字控制技術(shù)，即位置指令和反饋信號(hào)都不再是模擬信號(hào)，改用數(shù)字信號(hào)（邏輯電平脈沖信號(hào)）的系統(tǒng)。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/552數(shù)控技術(shù)特點(diǎn)：可以通過增加數(shù)字信息的安長(zhǎng)，來滿足要求的控制精度。對(duì)邏輯電以下的漂移、噪聲不予晌應(yīng)，零點(diǎn)定位精度可以得到充分保證。容易對(duì)其結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行修改（根據(jù)控制要求），且易于與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。噪聲峰值大于邏輯電平時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的最高位和最低位的干擾出錯(cuò)程序是相同的，這種錯(cuò)誤可能導(dǎo)致系統(tǒng)致命的危害。傳送數(shù)據(jù)的數(shù)字電路要求具有很寬的頻帶。以保證脈沖上、下降沿有足夠的陡峭度。抑制干擾、防止數(shù)據(jù)出錯(cuò)，是數(shù)字伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/553數(shù)控技術(shù)4、數(shù)字伺服系統(tǒng)的類型第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/554數(shù)控技術(shù)5、舉例——半軟件型伺服系統(tǒng)

這種系統(tǒng)的位置控制采用軟硬件組成，速度控制仍采用模擬方式，系統(tǒng)組成如圖所示：+調(diào)節(jié)運(yùn)算零漂補(bǔ)償硬件速度控制與驅(qū)動(dòng)單元D/A軟件位置控制ZA、BD0-++-F/V倍頻計(jì)數(shù)器工作臺(tái)PG電機(jī)+DAV1△SV0U0UA△D△U實(shí)際位置計(jì)算△DA指令位置計(jì)算△D0/nZ第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/555數(shù)控技術(shù)位置控制的軟件現(xiàn)可以由NC裝置的CPU實(shí)現(xiàn)，也可以由位置控制板上自帶的CPU實(shí)現(xiàn)。位置控制的調(diào)節(jié)運(yùn)算部分由軟件實(shí)現(xiàn)，增加了靈活性：調(diào)節(jié)器的參數(shù)可以通過進(jìn)行修改、設(shè)定調(diào)節(jié)算法可以采用較復(fù)雜的算法，以提高控制性能（變結(jié)構(gòu)、變?cè)鲆妫┛稍黾釉S多輔助功能（故障診斷、脈沖當(dāng)量變換等）零點(diǎn)漂移可通過軟件進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谒墓?jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/556數(shù)控技術(shù)由于這種系統(tǒng)的速度單元仍是模擬型的，全硬件型系統(tǒng)中存在的問題并未明顯解決，如它的內(nèi)環(huán)參數(shù)（速度、電流）和位置環(huán)中D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)依然是固定的。因此難以兼顧負(fù)載慣量大的變化。不過，由于利用軟件采用一些補(bǔ)償措施，這就使得半軟件位置伺服系統(tǒng)的位置控制精度和控制性能要高于全硬件型的位置伺服系統(tǒng)。第四節(jié)典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/557數(shù)控技術(shù)內(nèi)容小結(jié)1、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)裝置。2、直流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)。3、交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)。4、開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。5、閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。2023/2/558數(shù)控技術(shù)習(xí)題與思考題1、簡(jiǎn)述速度控制單元主要作用。2、簡(jiǎn)述進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)（與主運(yùn)動(dòng)（主軸）系統(tǒng)比較）。3、簡(jiǎn)述提高步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)精度的措施。2023/2/559數(shù)控技術(shù)第五節(jié)

伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/560數(shù)控技術(shù)第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析前面各節(jié)我們重點(diǎn)討論了進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成原理與實(shí)現(xiàn)方法，然而該系統(tǒng)要能真正實(shí)現(xiàn)預(yù)期的快速、準(zhǔn)確及平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)的要求，一個(gè)重要的問題是如何根據(jù)要求，進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)和調(diào)試。例如，開環(huán)增益，阻尼系數(shù)等參數(shù)對(duì)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度與動(dòng)態(tài)性能影響很大，這將是本節(jié)討論的重點(diǎn)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/561數(shù)控技術(shù).控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)及傳遞函數(shù)R(S)—輸入信號(hào)C(S)—輸出信號(hào)E(S)—偏差信號(hào)M(S)—控制量B(S)—反饋信號(hào)N(S)—噪聲信號(hào)G1(S)—控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)G2(S)—被控對(duì)象傳遞函數(shù)H(S)—反饋系統(tǒng)傳遞函數(shù)G1(S)G2(S)H(S)R(S)B(S)E(S)N(S)M(S)C(S)+-++第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析2023/2/562數(shù)控技術(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)：反饋與偏差之比閉環(huán)傳遞函數(shù)：輸入與輸出之比干擾的閉環(huán)傳遞函數(shù)：輸出與噪聲之比系統(tǒng)誤差的函數(shù)：偏差與輸入之比第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/563數(shù)控技術(shù)二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)字模型及傳遞函數(shù)閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)：位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)位置檢測(cè)單元位置控制單元速度控制單元++-－電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令UgUpUθmθDXD速度檢測(cè)裝置XAXCXD△D第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/564數(shù)控技術(shù)整個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型由圖可知：X0

是對(duì)XC

和FD

兩個(gè)激勵(lì)的響應(yīng)，根據(jù)疊加原理，可先分別求出每個(gè)激勵(lì)單獨(dú)作用的響應(yīng)，然后進(jìn)行疊加。KNKfP+－XAXCKASKV+－UG△U+－++－+＋+Up第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/565數(shù)控技術(shù)當(dāng)FD=0時(shí)，僅有XC

激勵(lì)的傳遞系數(shù)第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/566數(shù)控技術(shù)當(dāng)XC

,FD同時(shí)激勵(lì)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/567數(shù)控技術(shù)三、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能分析

系統(tǒng)增益KS(開環(huán)增益，速度增益)

KS是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要性能參數(shù)，為了說明其物理意義，可對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行一些簡(jiǎn)化：假設(shè)上述各環(huán)節(jié)均是理想的，即各環(huán)節(jié)均是無慣量，無阻尼，剛度為無窮大，且無速度環(huán)，則：第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/568數(shù)控技術(shù)XCKNKAKfPKM+-△DUPUθmX0第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/569數(shù)控技術(shù)KS對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響進(jìn)給伺服系統(tǒng)的輸入通常是斜坡激勵(lì)：FT（1/KS）tKSFT（1/KS）t第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/570數(shù)控技術(shù)討論

KS與輸出速度的關(guān)系當(dāng)KS

↑時(shí)，到達(dá)F

所需的時(shí)間越短，系統(tǒng)的響應(yīng)加快，靈敏度增高。KS與系統(tǒng)的加速度的關(guān)系當(dāng)KS

↑

時(shí)，系統(tǒng)的加速度增大，尤其是在剛啟動(dòng)時(shí)，它使系統(tǒng)的響應(yīng)加快，但對(duì)系統(tǒng)的沖擊也大，尤其對(duì)慣性較大的系統(tǒng)，將產(chǎn)生很大的沖擊力，另外，加速度太大也可能系統(tǒng)超調(diào)，引起系統(tǒng)失穩(wěn)。第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/571數(shù)控技術(shù)KS

與跟隨誤差△D

的關(guān)系。

KS↑→△D↓即：有利于提高系統(tǒng)的跟隨精度。結(jié)論：KS的選擇，要綜合考慮，折衷選取，才能獲得優(yōu)良的綜合性能。第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/572數(shù)控技術(shù)KS的初選方法在工程調(diào)試中，KS可按下列方式初選：

Mm、ML：分別是電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩；GDm2、GDL2：分別是電機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載等效飛輪慣量第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/573數(shù)控技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)中KS的設(shè)定方法由前面的推導(dǎo)可知：

KN：位置環(huán)增益；KA：速度環(huán)增益

Km：電機(jī)增益L/2π：機(jī)械系統(tǒng)增益其中：KA、Km、L/2π

在數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)選定后便確定了，而KN

是作為可調(diào)參數(shù)，允許用戶根據(jù)具體情況選定，以滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速度性的要求。第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/574數(shù)控技術(shù).定位精度

定位精度的檢查通常是在空載的情況進(jìn)行的，即無負(fù)載力（Fc=0）。只有摩擦力，而且系統(tǒng)接受的是階躍位置指令，即：閉環(huán)系統(tǒng)的定位誤差為：第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/575數(shù)控技術(shù)第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/576數(shù)控技術(shù)半閉環(huán)系統(tǒng)的定位誤差第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/577數(shù)控技術(shù)討論

由可知，為減小定位誤差可采用下列措施：減小傳動(dòng)間的摩擦力Fcr，如采用滾動(dòng)傳動(dòng)取代滑動(dòng)。增大KN、KA，其實(shí)質(zhì)增大KS(在系統(tǒng)穩(wěn)定的范圍內(nèi))。減小KR（=Ra/KT），即選擇KT

在的伺服電機(jī)。在半閉環(huán)系統(tǒng)中，要盡可能增大傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度K，這是因?yàn)楫?dāng)K較小時(shí)，將產(chǎn)生較大的彈性變形，從而加大定位誤差。第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/578數(shù)控技術(shù)四、進(jìn)給伺服系統(tǒng)參數(shù)的匹配

進(jìn)給伺服系統(tǒng)是由電氣、機(jī)械等環(huán)節(jié)組成的一個(gè)整體，其組成環(huán)節(jié)的特性參數(shù)對(duì)整體系統(tǒng)的特性的影響。從理論上講，可以根據(jù)要求與系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型確定其參數(shù)，但是由于進(jìn)給伺服系統(tǒng)工作條件復(fù)雜多變，尤其是機(jī)械系統(tǒng)的阻尼、剛度、慣量等參數(shù)，尚無完善的計(jì)算方法。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)，除必要的理論計(jì)算外，還必輔之以實(shí)驗(yàn)分析和類比法，利用已有的系統(tǒng)的參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行新的設(shè)計(jì)，這是目前常用的辦法。下面定性分析和介紹幾個(gè)重要參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能影響及其確定方法。第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/579數(shù)控技術(shù).阻尼

阻尼主要與伺服驅(qū)動(dòng)裝置的電感、電阻、電機(jī)機(jī)械部件、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦阻尼和粘性阻尼有關(guān)，它對(duì)系統(tǒng)的影響是：阻尼大則系統(tǒng)的伺服剛度高，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性高。系統(tǒng)的定位精度低，定位的離散程度大。

由此可知，這兩方面的矛盾的，應(yīng)在精度與伺服剛度之間折衷考慮。例如，采用滾動(dòng)、靜壓導(dǎo)軌就是減少機(jī)械系統(tǒng)的阻尼。它可有效提高定位精度，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性裕度將減小，因此，現(xiàn)在有些進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)置了可調(diào)阻尼器，或者采用軟件的方法來改變系統(tǒng)的阻尼參數(shù)。第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/580數(shù)控技術(shù)2.慣量執(zhí)行部件的慣量越小越好，因?yàn)閼T量越大，時(shí)間常數(shù)越大，系統(tǒng)的靈敏度變差，且固有頻率降低（），易發(fā)生共振。但由于剛度、強(qiáng)度等方面的原因，慣量的降低受到的限制。一般要求（交流伺服電機(jī)）：式中：JL：傳動(dòng)部件折算到伺服電機(jī)輸出軸上的慣量

Jm：電機(jī)的慣量要滿足這一要求有兩個(gè)途徑：盡可能使執(zhí)行部件折算到電機(jī)軸上的慣量減小。盡可能使用本身慣量大的電機(jī)為驅(qū)動(dòng)源。第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/581數(shù)控技術(shù).剛度

K與固有頻率n

剛度是指系統(tǒng)抵抗變形的能力，即：

K=F/e開環(huán)系統(tǒng)：K↓→失動(dòng)量↑→系統(tǒng)的死區(qū)↑閉環(huán)系統(tǒng)：K↓→n

↓→系統(tǒng)的穩(wěn)定性↓系統(tǒng)的固有頻率n是系統(tǒng)動(dòng)剛度的重要參數(shù)，應(yīng)注意：機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的n’>伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)n的2-3倍。各個(gè)環(huán)節(jié)的n’應(yīng)相互錯(cuò)開，以免發(fā)生振動(dòng)耦合現(xiàn)象。各個(gè)環(huán)節(jié)的n應(yīng)避開系統(tǒng)的工作頻率范圍，以免在工作頻率上發(fā)生共振。第五節(jié)伺服系統(tǒng)性能分析第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/582數(shù)控技術(shù)內(nèi)容小結(jié)1．控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)及傳遞函數(shù)。2、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)字模型及傳遞函數(shù)。3、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能分析。4、進(jìn)給伺服系統(tǒng)參數(shù)的匹配。2023/2/583數(shù)控技術(shù)習(xí)題與思考題1、閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)由哪兒部分組成，試用框圖表示各部分之間的關(guān)系，并簡(jiǎn)述各部分的基本功能。2、簡(jiǎn)述系統(tǒng)增益KS對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響3、簡(jiǎn)述減小定位誤差可采用的措施。4、簡(jiǎn)述進(jìn)給伺服系統(tǒng)參數(shù)阻尼、慣量、剛度

K與固有頻率n的匹配原則。2023/2/584數(shù)控技術(shù)第六節(jié)

伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/585數(shù)控技術(shù)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響對(duì)于輪廓加工系統(tǒng)，要求精確地、實(shí)時(shí)地同時(shí)控制多個(gè)坐標(biāo)軸的位置與速度，但由于系統(tǒng)存在著跟隨誤差△D，將可能會(huì)影響多坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)合成軌跡的精確性，產(chǎn)生輪廓誤差。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2023/2/586數(shù)控技術(shù)一、跟隨誤差△D的含義及特性定義：指令位置D0i與實(shí)際位置Dai之差稱為跟隨誤差△D。跟隨誤差△D是由進(jìn)給伺服系統(tǒng)各環(huán)節(jié)信息傳遞延遲效應(yīng)引起的。實(shí)際位置滯后指令位置。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/587數(shù)控技術(shù)當(dāng)執(zhí)行部件進(jìn)入勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)△D為常數(shù)。當(dāng)它減速并停止時(shí)，△D逐漸減少到零。當(dāng)位置環(huán)為P調(diào)節(jié)時(shí)，△D與F、KS

的關(guān)系為：△D=F/KS

D0titp△DttDAD0DADFAF0FFt第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/588數(shù)控技術(shù)二.跟隨誤差△D對(duì)輪廓加工精度的影響

△D對(duì)直線輪廓加工精度的影響加工直線時(shí)兩軸的輸入指令為：

XY△DY△DXεAA’ααβ第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/589數(shù)控技術(shù)XY△DY△DXεAA’ααβ由于存在跟隨誤差△DX、△DY在某時(shí)刻指令位置在A點(diǎn)，實(shí)際位置在A′點(diǎn)，則有：第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/590數(shù)控技術(shù)輪廓誤差ε的幾何求法：XY△DY△DXεAA’ααβKS：平均系統(tǒng)增益；△KS：兩軸系統(tǒng)增益差；△KS/

KS：系統(tǒng)增益失配量第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/591數(shù)控技術(shù)討論當(dāng)KSX=KSY

時(shí)，△KS=0，ε=0；這說明當(dāng)兩軸系統(tǒng)增益相等時(shí)，跟隨誤差△DX、△DY對(duì)輪廓精度無影響。XY△Dy△Dxε=0AA’ααβ第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/592數(shù)控技術(shù)XY△DY△DXεAA’ααβ當(dāng)兩軸增益不一致，但KSX、KSY常數(shù)時(shí)，Ks、△Ks為常數(shù)，則ε為常數(shù)，也就是說，直線的輪廓形狀無誤差，但位置偏離了原位置。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/593數(shù)控技術(shù)XY△DY△DXεAA’ααβ當(dāng)兩軸增益不一致，且KSX、KSY不是常數(shù)時(shí)，則ε不是常數(shù)，也就是說，將產(chǎn)生輪廓形狀誤差，即加工出的輪廓就不是直線了。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/594數(shù)控技術(shù)在同等情況下：輪廓誤差ε與△KS

成正比，與KS

的平方成反比，與進(jìn)給速度成F

正比。當(dāng)加工45°直線時(shí)，輪廓誤差ε最大。當(dāng)加工0°或90°直線時(shí)，輪廓誤差ε與增益無關(guān)。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/595數(shù)控技術(shù)例題

在X-Y平面上銑削工件的一個(gè)平面，該面與X軸成45°角，進(jìn)給速度為：F=450mm/min，KS為15±2%（1/s），計(jì)算最大輪廓誤差εmax。解：第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/596數(shù)控技術(shù)2.△D對(duì)圓弧輪廓加工精度的影響

△D對(duì)圓弧輪廓加工精度的影響可用加工圓弧的半徑變動(dòng)量△R描述。通?！鱎的變化較為復(fù)雜，為此，可先討論下面條件下的情況：KSX=KSY=KS

然后再定性的討論其它較為復(fù)雜的情況第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/597數(shù)控技術(shù)

△R的求取RR+△R△DY△DXPP’A’AB’BOFFYFX第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/598數(shù)控技術(shù)討論當(dāng)KSX=KSY，且進(jìn)給速度F

為恒速時(shí)，△R是常數(shù)。只產(chǎn)生尺寸誤差，不產(chǎn)生形狀誤差。當(dāng)從圓上某一點(diǎn)開始加工整圓時(shí)，則實(shí)際軌跡如下圖所示，為什么？第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/599數(shù)控技術(shù)當(dāng)KSX≠KSY

時(shí)，此時(shí)不僅產(chǎn)生尺寸誤差，而且產(chǎn)生形狀誤差?？梢宰C明：當(dāng)KSX=aKSY（a為常數(shù)）時(shí)，圓弧插補(bǔ)所形成的形狀為橢圓（長(zhǎng)軸與X軸成45°夾角）。當(dāng)KSX與

KSY無確定關(guān)系時(shí)，圓弧插補(bǔ)所形成的形狀為無規(guī)則的形狀。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六節(jié)伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響2023/2/5100數(shù)控技術(shù)在條件一定的情況下：輪廓誤差△R與KS

的平方成反比；輪廓誤差△R與F的平方成正比。因此，KS↑

或F↓可大大提高輪廓加工精度。輪廓誤差△R與