第6章數(shù)控技術(shù)資料課件

1§6-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型§6-3伺服參數(shù)的優(yōu)化§6-4誤差補(bǔ)償概述§6-5幾何誤差補(bǔ)償§6-6熱誤差補(bǔ)償§6-7動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹滤欧到y(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償2§6-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

按控制信號(hào)的形式和位置控制器所處的位置，CNC系統(tǒng)的位置控制有三種形式：

開環(huán)脈沖位置控制

總線式（分散）位置控制

集中式位置控制

位置控制由全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，CNC通過脈沖指令來實(shí)現(xiàn)位置控制

位置控制由CNC裝置實(shí)現(xiàn)第六章伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償31.開環(huán)脈沖位置控制步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器指令脈沖CNC

電機(jī)的工作方式為位置控制，CNC通過脈沖指令來實(shí)現(xiàn)位置控制，其發(fā)送到電機(jī)的脈沖的累計(jì)就是機(jī)床的位置。CNC裝置需要對(duì)每個(gè)脈沖進(jìn)行處理，占據(jù)大連時(shí)間。有些CNC采用硬件脈沖發(fā)生器，CNC按照下一時(shí)刻機(jī)床應(yīng)達(dá)到的位置（粗插補(bǔ)）計(jì)算脈沖的頻率和個(gè)數(shù)，硬件脈沖發(fā)生器按設(shè)定頻率產(chǎn)生相應(yīng)脈沖（精插補(bǔ)），節(jié)省大量CPU時(shí)間，控制速度大大提升。（可用FPGA實(shí)現(xiàn)）§6-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)42.分散（總線式）位置控制

機(jī)床各軸的位置控制由各軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，CNC只需通過高速伺服總線實(shí)現(xiàn)CNC與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。CNC交流伺服驅(qū)動(dòng)器速度控制電流控制位置控制指令位置變換調(diào)制d/dt伺服電機(jī)工作臺(tái)位置反饋§6-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)53.集中式位置控制

各軸的位置控制均由CNC裝置實(shí)現(xiàn)，其控制方法和原理與交流伺服驅(qū)動(dòng)器的位置控制一樣，采樣比例增益控制，輸出為模擬量速度信號(hào)?！?-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)CNC伺服驅(qū)動(dòng)器速度控制電流控制變換調(diào)制d/dt伺服電機(jī)工作臺(tái)D/AA/D位置反饋位置控制插補(bǔ)位置6全閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)框圖(s)u(z)伺服電機(jī)KPPEp(z)s1Y(s)GJ(s)Gv(z)機(jī)械傳動(dòng)(s)速度控制GD(s)Ev(z)Y(z)(z)位置控制4.進(jìn)給系統(tǒng)總體控制系統(tǒng)框圖§6-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)7伺服電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)速度控制(s)u(z)KPPEp(z)s1Y’(s)GJ(s)Gv(z)(s)GD(s)Ev(z)(z)Kn(z)Y(z)速度控制半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)框圖4.進(jìn)給系統(tǒng)總體控制系統(tǒng)框圖§6-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)8§6-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型§6-3伺服參數(shù)的優(yōu)化§6-4誤差補(bǔ)償概述§6-5幾何誤差補(bǔ)償§6-6熱誤差補(bǔ)償§6-7動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹滤欧到y(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償9§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)示意圖(t)S(t)x(t)KSKjBjJSBSMF(t)1.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型絲杠上的動(dòng)力學(xué)方程為：工作臺(tái)的動(dòng)力學(xué)方程為：Ts10在零初始條件下忽略系統(tǒng)的干擾力，進(jìn)行拉氏變換可得：電機(jī)轉(zhuǎn)角到工作臺(tái)位移輸出的傳遞函數(shù)：§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型11

由于機(jī)械系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度而引起的慣性力矩和阻尼力矩的變化很小，可以忽略，可以認(rèn)為：則：§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型122.進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖(PI控制)§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型13X-Y軸圓運(yùn)動(dòng)誤差曲線V=0.5m/minV=1m/min3.進(jìn)給伺服系統(tǒng)的響應(yīng)誤差高速引起的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)對(duì)機(jī)床精度的影響更加顯著.§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型14加減速引起的插補(bǔ)誤差對(duì)機(jī)床精度的影響非常顯著.X-Y軸圓運(yùn)動(dòng)誤差曲線V=5m/minV=10m/min3.進(jìn)給伺服系統(tǒng)的響應(yīng)誤差§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型15§6-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型§6-3伺服參數(shù)的優(yōu)化§6-4誤差補(bǔ)償概述§6-5幾何誤差補(bǔ)償§6-6熱誤差補(bǔ)償§6-7動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹滤欧到y(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償16§6-7伺服參數(shù)優(yōu)化一、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制參數(shù)位置環(huán)增益Kp電流環(huán)增益KiP速度環(huán)增益KvP速度環(huán)積分增益和時(shí)間常數(shù)前饋系數(shù)各環(huán)控制周期各環(huán)濾波器參數(shù)17§6-7伺服參數(shù)優(yōu)化

各軸伺服參數(shù)不匹配或參數(shù)或設(shè)置不當(dāng)產(chǎn)生的誤差18二、伺服參數(shù)優(yōu)化方法1、手動(dòng)調(diào)整控制環(huán)參數(shù)保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，提高其比例增益，減小位置偏差多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)行時(shí)，位置環(huán)比例增益保持一致，使得輪廓誤差降低，避免伺服不匹配現(xiàn)象的產(chǎn)生適當(dāng)設(shè)定積分系數(shù)，減小穩(wěn)態(tài)誤差施加電子濾波器，抑制系統(tǒng)諧振2、遺傳算法智能整定控制參數(shù)§6-7伺服參數(shù)優(yōu)化19三、西門子840D系統(tǒng)的伺服參數(shù)優(yōu)化1、需要優(yōu)化的參數(shù)電流環(huán)參數(shù)的優(yōu)化MD1120電流環(huán)增益速度環(huán)參數(shù)的優(yōu)化MD1407速度環(huán)增益為了抑制頻率響應(yīng)中的峰尖，通過施加電流濾波器（帶通和帶阻）消除，MD1200—MD1225。位置環(huán)參數(shù)的優(yōu)化MD32200位置環(huán)增益 MD1121電流環(huán)積分時(shí)間MD1409速度環(huán)積分時(shí)間數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology§6-7伺服參數(shù)優(yōu)化20三、西門子840D系統(tǒng)的伺服參數(shù)優(yōu)化2、優(yōu)化流程§6-7伺服參數(shù)優(yōu)化21三、西門子840D系統(tǒng)的伺服參數(shù)優(yōu)化§6-7伺服參數(shù)優(yōu)化22優(yōu)化前球桿儀測(cè)試結(jié)果優(yōu)化后球桿儀測(cè)試結(jié)果優(yōu)化后系統(tǒng)圓度測(cè)試結(jié)果諧振得到抑制動(dòng)態(tài)性能提高3、優(yōu)化結(jié)果§6-7伺服參數(shù)優(yōu)化23§6-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型§6-3伺服參數(shù)的優(yōu)化§6-4誤差補(bǔ)償概述§6-5幾何誤差補(bǔ)償§6-6熱誤差補(bǔ)償§6-7動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹滤欧到y(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償24§6-3誤差補(bǔ)償概述一、誤差補(bǔ)償?shù)囊饬x

精度是機(jī)床的基礎(chǔ)，提高數(shù)控機(jī)床的精度首先是提高機(jī)床各部件的制造和裝配精度以及動(dòng)態(tài)性能，但機(jī)械精度提高到一定程度后就很難再提高了，或者成本太高難以應(yīng)用。因此通過數(shù)控系統(tǒng)對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償是有效和經(jīng)濟(jì)的途徑。對(duì)于動(dòng)、靜摩擦力的差異、熱脹冷縮等自然現(xiàn)象產(chǎn)生的誤差，無法通過提高制造精度的方法來消除，只能通過補(bǔ)償?shù)姆椒▉頊p小其誤差反饋控制算法穩(wěn)定性好、適應(yīng)性好，但也造成一定的跟蹤誤差，必須通過補(bǔ)償技術(shù)來減小。25

機(jī)床誤差包括幾何誤差、熱誤差、摩擦誤差和伺服誤差

四類。

按誤差產(chǎn)生原因分類上述誤差按誤差產(chǎn)生原因分類：幾何誤差、熱誤差屬于機(jī)床本體誤差，摩擦誤差和伺服誤差屬于機(jī)床運(yùn)行誤差。

按誤差的性質(zhì)分類上述誤差按誤差的性質(zhì)分類：幾何誤差屬于靜態(tài)誤差，熱誤差屬于準(zhǔn)靜態(tài)誤差，摩擦誤差和伺服誤差屬于動(dòng)態(tài)誤差，在機(jī)床運(yùn)行時(shí)才表現(xiàn)出來，比較特殊?！?-3誤差補(bǔ)償概述二、機(jī)床誤差的分類26三、總線式數(shù)控系統(tǒng)誤差補(bǔ)償總體構(gòu)架a)CNC補(bǔ)償模塊總體框圖幾何誤差補(bǔ)償模塊伺服驅(qū)動(dòng)dCurCmdPos[]dGerErrData[]dTmpErrData[]dRealCmdPos[]總線接口CNC插補(bǔ)指令位置熱誤差補(bǔ)償模塊§6-3誤差補(bǔ)償概述27b)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中誤差補(bǔ)償模塊總體框圖電機(jī)速度控制電流控制位置控制1/s前饋控制間隙補(bǔ)償總線接口指令位置序列摩擦補(bǔ)償§6-3誤差補(bǔ)償概述28§6-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型§6-3伺服參數(shù)的優(yōu)化§6-4誤差補(bǔ)償概述§6-5幾何誤差補(bǔ)償§6-6熱誤差補(bǔ)償§6-7動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹滤欧到y(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償29§6-4-1

幾何誤差分析按幾何誤差的類型分類移動(dòng)誤差定位誤差（軸向）直線度誤差（2個(gè)方向）轉(zhuǎn)動(dòng)誤差滾轉(zhuǎn)誤差，俯仰誤差，偏擺誤差

任一物體在空間中都具有六個(gè)自由度，即沿空間坐標(biāo)軸X、Y、Z直線方向的移動(dòng)自由度和繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。以X軸為例，移動(dòng)誤差包括水平直線度誤差，垂直直線度和定位誤差，轉(zhuǎn)動(dòng)誤差包括滾轉(zhuǎn)誤差，俯仰誤差和偏擺誤差?！?-

4幾何誤差補(bǔ)償30數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology1）沿X軸移動(dòng)時(shí)，線性位移誤差δx(x)、Y向直線度誤差δy(x)、Z向直線度誤差δz(x)、滾轉(zhuǎn)誤差εx(x)、偏擺誤差εy(x)和俯仰誤差εz(x)2）沿Y軸移動(dòng)與沿Z軸移動(dòng)同理，因此X、Y、Z三個(gè)線性軸共有18項(xiàng)誤差3）3軸之間的垂直度誤差εxy、εzx、εyz三個(gè)線性軸共21項(xiàng)誤差，5軸機(jī)床誤差項(xiàng)更多§6-4-1

幾何誤差分析與建模3131§6-4-2

840D數(shù)控系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償840D的垂度誤差補(bǔ)償840D單軸位置誤差補(bǔ)償并非21誤差都能補(bǔ)償基準(zhǔn)軸選擇非常重要，不同的機(jī)床要選擇不同的基準(zhǔn)軸§6-

4幾何誤差補(bǔ)償32數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所

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首先利用測(cè)量得到的數(shù)據(jù)建立補(bǔ)償表文件(文本文件)，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)將補(bǔ)償表文件讀入數(shù)控系統(tǒng)，建立補(bǔ)償數(shù)組。機(jī)床返回參考點(diǎn)后，利用查表+線性插值等方法，在每個(gè)插補(bǔ)周期對(duì)插補(bǔ)指令進(jìn)行修正。

文件格式：基準(zhǔn)軸、補(bǔ)償軸、初始位置、終點(diǎn)位置、補(bǔ)償點(diǎn)距離、補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償值；文件可包含多個(gè)補(bǔ)償數(shù)組，同一個(gè)基準(zhǔn)軸可補(bǔ)償多個(gè)補(bǔ)償軸，同一個(gè)補(bǔ)償軸也可采用多個(gè)基準(zhǔn)軸分別補(bǔ)償（線性疊加）。1.840D的幾何誤差補(bǔ)償方法§6-4-2

840D數(shù)控系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償33幾何誤差補(bǔ)償框圖X光柵計(jì)數(shù)器X(顯示)坐標(biāo)PXZ光柵計(jì)數(shù)器Y光柵計(jì)數(shù)器Y編碼器計(jì)數(shù)器X編碼器計(jì)數(shù)器Z編碼器計(jì)數(shù)器選擇sX3選擇sX1101010XT1dx_Xdx_Zdx_YX運(yùn)動(dòng)控制器X插補(bǔ)指令X測(cè)量誤差補(bǔ)償表++++Cmd_Xm選擇sX2b選擇sX2a理想坐標(biāo)系實(shí)際坐標(biāo)系X電機(jī)指令位置Y_X垂度補(bǔ)償表Z_X垂度補(bǔ)償表選擇sZ1選擇sY1§6-4-2

840D數(shù)控系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償2.840D的幾何誤差補(bǔ)償原理3434ZXYO誤差軌跡理想軌跡SIMENSE840D可實(shí)現(xiàn)的幾何誤差補(bǔ)償§6-4-2

840D數(shù)控系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償2.840D的幾何誤差補(bǔ)償原理

交叉軸（垂度）補(bǔ)償采用各軸對(duì)立補(bǔ)償算法，即：對(duì)于補(bǔ)償軸Z來說，當(dāng)沿X方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，Y軸相對(duì)Z軸的補(bǔ)償量不變，同樣，當(dāng)沿Y方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，X軸相對(duì)Z軸的補(bǔ)償量不變。其優(yōu)點(diǎn)是所需補(bǔ)償數(shù)據(jù)少，補(bǔ)償算法簡單；缺點(diǎn)是交叉影響誤差（扭曲誤差）不能補(bǔ)償。351、軸向誤差測(cè)量----螺距/光柵誤差

對(duì)于螺距測(cè)量，將測(cè)量行程平均分為N個(gè)點(diǎn)，然后激光干涉儀運(yùn)動(dòng)到第n個(gè)點(diǎn)，獲得此點(diǎn)的正方向誤差，并在該點(diǎn)多次測(cè)量求誤差平均值，形成雙向誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)?！?-4-3幾何誤差測(cè)量3636§6-4-3幾何誤差測(cè)量2、軸間誤差測(cè)量激光矢量分步對(duì)角線法測(cè)量原理37數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology2、軸間誤差測(cè)量

右圖是用對(duì)角線測(cè)量法原理圖。測(cè)量3組對(duì)角線，解方程組，可得到所需的補(bǔ)償值ex(x)、ex(y)、ex(z)、ey(y)、ey(x)、ey(z)、ez(z)、ez(x)、ez(y)。

有些激光干涉儀可自動(dòng)生成840D所需的單軸和交叉軸誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)文件。§6-4-3幾何誤差測(cè)量38一、間隙產(chǎn)生原因及影響產(chǎn)生原因：機(jī)床滾珠絲杠與螺母副之間存在間隙，不能緊密接觸，產(chǎn)生軸竄動(dòng)。隨著機(jī)床的使用，磨損逐漸加劇，產(chǎn)生間隙。影響：工作臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn)而工作臺(tái)并不運(yùn)動(dòng)，造成±D/2的定位誤差，影響機(jī)床精度間隙過大時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性變差,發(fā)生振蕩解決方案：采用高精度的滾珠絲杠安裝絲杠時(shí)進(jìn)行預(yù)緊用數(shù)控系統(tǒng)指令補(bǔ)償間隙§6-4-4間隙誤差補(bǔ)償數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology無間隙39

當(dāng)D較大時(shí)，會(huì)造成電機(jī)加速度過大，系統(tǒng)不平穩(wěn)，產(chǎn)生振蕩；控制器產(chǎn)生飽和現(xiàn)象；產(chǎn)生跟隨誤差。間隙補(bǔ)償值變化情況

解決方案： 間隙補(bǔ)償量增量式增長：在一定的插補(bǔ)周期內(nèi)，逐步增加補(bǔ)償量，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償值的跳躍，而避免了一個(gè)周期內(nèi)補(bǔ)償值大的變化。二、間隙較大時(shí)的補(bǔ)償方法數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology§6-4-4間隙誤差補(bǔ)償40三、間隙誤差對(duì)圓加工的影響§5-5-4間隙誤差補(bǔ)償41§6-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型§6-3伺服參數(shù)的優(yōu)化§6-4誤差補(bǔ)償概述§6-5幾何誤差補(bǔ)償§6-6熱誤差補(bǔ)償§6-7動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹滤欧到y(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償42數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology§6-5熱誤差補(bǔ)償§6-5-1

熱誤差的分類1、按熱誤差的表現(xiàn)分類平移型熱誤差?x?y平移型熱誤差可以通過誤差補(bǔ)償消除扭曲型熱誤差不可以通過誤差補(bǔ)償消除

因此，在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)總是希望通過熱均衡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得熱誤差方向一致，不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)型熱誤差扭轉(zhuǎn)型熱誤差α43一、熱誤差的分類2、按熱誤差發(fā)生的部位分類主軸系統(tǒng)熱誤差?z進(jìn)給系統(tǒng)熱誤差主軸系統(tǒng)熱誤差與工作臺(tái)位置無關(guān)，只與溫度相關(guān)進(jìn)給系統(tǒng)熱誤差除了與溫度相關(guān)之外，還與工作臺(tái)的當(dāng)前位置相關(guān)因此，需要根據(jù)不同的熱誤差形式進(jìn)行補(bǔ)償?x§6-5-1

熱誤差的分類4444840D數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的熱變形誤差補(bǔ)償ZYdy1dz1與機(jī)床位置無關(guān)的熱變形與機(jī)床位置相關(guān)的熱變形ZYdz2Dz2=(Pz-Pz0)*tanβ(T)§6-5-2

840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償45§6-5-2

840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償機(jī)床溫度計(jì)算tan(T)計(jì)算K0(T)溫度采集DB塊DB塊

PLC

CALLFB3SD43900[X]SD43910[X]SD43920[X]MD32750[X].1MD32750[X].2SD43910[X]*(Px-SD43920[X])++DB31.DBB60.4=1andDB31.DBB60.5=1插補(bǔ)指令位置++電機(jī)指令位置回參考點(diǎn)完成信號(hào)46

SIMENSE840D無法實(shí)現(xiàn)的熱誤差補(bǔ)償ZYdz3交叉位置相關(guān)的熱變形

應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中盡量減小這些變形§6-5-2

840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償47建模的方便性、靈活性同一型號(hào)國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床熱特性的穩(wěn)定性、一致性較差，同一模型對(duì)不同工況的適應(yīng)性差，即使同一工況，隨著使用時(shí)間的變化，熱特性變化較大，所以，補(bǔ)償模型是否方便修改，是國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床熱誤差走向?qū)嵱玫淖铌P(guān)鍵問題。熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)目煽刂菩詿嵴`差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償量的刷新必須在加工程序中可控，用戶可通過加工程序（M代碼）來控制熱誤差補(bǔ)償量刷新的開啟和關(guān)閉，并能自動(dòng)避免補(bǔ)償量較大的突變熱變形誤差補(bǔ)償中關(guān)鍵問題§6-5-2

840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償48指令位置顯示位置電機(jī)指令位置運(yùn)動(dòng)控制K0、tanβ、P0位置反饋+-PLC溫度采集基于PLC的熱變形誤差補(bǔ)償§6-5-2

840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償

機(jī)床廠家通過PLC來采集溫度，在PLC程序中建立熱誤差補(bǔ)償模型來計(jì)算熱變形量，通過數(shù)據(jù)通信功能模塊，改變CNC中熱誤差補(bǔ)償參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱誤差補(bǔ)償。49

誤差補(bǔ)償模型在PLC中設(shè)計(jì)，編程、調(diào)試不方便，計(jì)算模型必須非常簡化，編程要求高（會(huì)影響其它邏輯運(yùn)算的響應(yīng)時(shí)間），精度較低，且模型修改麻煩。同一型號(hào)國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床熱特性的穩(wěn)定性、一致性較差，同一模型對(duì)不同工況的適應(yīng)性差，即使同一工況，隨著使用時(shí)間的變化，熱特性變化較大，機(jī)床用戶很難修改模型?；赑LC的熱變形誤差補(bǔ)償特點(diǎn)分析:§6-5-2

840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償50基于SIMENSE840D二次開發(fā)的熱變形誤差補(bǔ)償§6-5-2

840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償NCSIMENSE840DHMIK0、tanβ、P0二次開發(fā)程序RS232溫度采集補(bǔ)償模塊筆記本工件誤差自動(dòng)建模軟件PLC51§6-1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)§6-2進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型§6-3伺服參數(shù)的優(yōu)化§6-4誤差補(bǔ)償概述§6-5幾何誤差補(bǔ)償§6-6熱誤差補(bǔ)償§6-7動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹滤欧到y(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償52

工作臺(tái)低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜摩擦占主導(dǎo)地位。工作臺(tái)速度較高時(shí)，體現(xiàn)為與方向相關(guān)的庫侖摩擦和與速度相關(guān)的粘性摩擦(阻尼)。兩者之間呈現(xiàn)劇烈的非線性特性。Stribeck摩擦力模型一、摩擦力特性分析§6-6動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology§6-6-1

摩擦誤差補(bǔ)償53二、摩擦誤差產(chǎn)生原因高速時(shí)，速度指令大→電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于摩擦力，不會(huì)造成摩擦誤差。低速時(shí)，速度指令小→電機(jī)轉(zhuǎn)矩小，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于摩擦力時(shí)，電機(jī)在旋轉(zhuǎn)，但工作臺(tái)并不運(yùn)動(dòng)，造成摩擦誤差當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于摩擦力時(shí)，能量被傳動(dòng)系統(tǒng)彈性環(huán)節(jié)儲(chǔ)存起來，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于摩擦力時(shí)，由于靜摩擦力大于動(dòng)摩擦力使得能量釋放，造成系統(tǒng)振蕩。數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology§6-6-1摩擦誤差補(bǔ)償54工作臺(tái)改變方向時(shí)速度為0，靜摩擦力最大，摩擦誤差最大，因此常把摩擦誤差稱為過象限誤差，摩擦誤差補(bǔ)償也通常從反向點(diǎn)處開始。數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology摩擦導(dǎo)致的過象限誤差§6-6-1摩擦誤差補(bǔ)償55三、減小摩擦誤差的方法1、減小傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦力

采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌、空氣靜壓導(dǎo)軌或磁懸浮導(dǎo)軌減小系統(tǒng)摩擦力，同時(shí)降低動(dòng)摩擦和靜摩擦力差異，提高進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。但采用高性能導(dǎo)軌將極大地提高機(jī)床成本。2、提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)剛度

通過提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)剛度，當(dāng)摩擦誤差產(chǎn)生時(shí)，小的誤差信號(hào)能夠及時(shí)、足夠地調(diào)整到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流。但高剛度容易引起系統(tǒng)振蕩。減小伺服驅(qū)動(dòng)器各控制環(huán)的控制周期也有利于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但減小控制周期對(duì)數(shù)控裝置的硬件性能要求較高。數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology§6-6-1摩擦誤差補(bǔ)償56§6-6-1摩擦誤差補(bǔ)償四、摩擦誤差補(bǔ)償速度環(huán)位置環(huán)電流環(huán)電機(jī)/工作臺(tái)d/dt-+--++摩擦前饋+Δn1、摩擦補(bǔ)償原理57加速度補(bǔ)償時(shí)間Δn加速度最佳補(bǔ)償量和

最佳補(bǔ)償時(shí)間補(bǔ)償幅值太小補(bǔ)償幅值太大時(shí)間常數(shù)太小時(shí)間常數(shù)太大§6-6-1摩擦誤差補(bǔ)償582、摩擦補(bǔ)償方法恒值摩擦補(bǔ)償：補(bǔ)償時(shí)間內(nèi)摩擦補(bǔ)償值為穩(wěn)定不變的數(shù)值，不隨外界條件的改變而變化。自適應(yīng)摩擦補(bǔ)償：在數(shù)控機(jī)床的允許加速度范圍內(nèi)，摩擦的補(bǔ)償量根據(jù)加工參數(shù)，自動(dòng)變化并取得最優(yōu)補(bǔ)償值。0<a<a1a1<a<a2a2<a<a3a>a3數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所

InstituteofNumericalControlAndEquipmentTechnology§6-6-1摩擦誤差補(bǔ)償5959(a)補(bǔ)償前(b)補(bǔ)償后半徑誤差4

μm凸峰誤差13.198μm半徑誤差18μm凸峰誤差3.404μm半徑25mm速度0.5m/min§6-6-1摩擦誤差補(bǔ)償沈陽VMC0745d立式加工中心摩擦補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)6060(a)補(bǔ)償前(b)補(bǔ)償后半徑誤差18

μm凸峰誤差14.529μm半徑誤差18