【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 高時(shí)，可通過(guò)編程時(shí)修正圓弧半徑的方法來(lái)解決。同時(shí)可看出 ε與進(jìn)給速度成正比，與位臵增益成反比，因此提高位臵增益對(duì)減小圓弧加工誤差也是很重要的。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? （ 2） 當(dāng) Kx≠Ky時(shí) ， ε隨著 φ發(fā)生變化 ， 所加工的圓弧將產(chǎn)生形狀誤差 。 當(dāng) Kx與 Ky差別不很大時(shí) ， 我們可忽略第一項(xiàng)中 φ對(duì) ε的影響 。 而第二項(xiàng)的大小與 sin2φ成正比 ， 因此當(dāng) Kx≠Ky時(shí) ， 所加工的圓弧將變成長(zhǎng)軸位于 45176。 或 135176。 處的橢圓 ， 如圖 。 同時(shí)可明顯看出 ， 當(dāng)Kx=Ky時(shí) ,提高 Kx和 Ky對(duì)減小誤差 ε有很大益處 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 圖 增益不匹配時(shí)的圓弧輪廓誤差 實(shí) 際 輪 廓XY編 程 輪 廓O第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 4. 對(duì)拐角輪廓誤差的影響 ? 數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行加工時(shí) ， 在兩個(gè)輪廓 (直線(xiàn)或圓弧 )的交接處會(huì)產(chǎn)生誤差 ， 此誤差稱(chēng)為拐角輪廓誤差 。 最簡(jiǎn)單和最容易理解的例子是沿著兩個(gè)正交坐標(biāo)軸加工拐角為直角的零件 ， 如圖 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 當(dāng) X軸的位臵指令到達(dá)后，另一軸 Y立即開(kāi)始從零加速至指定速度運(yùn)動(dòng)。但是由于 X軸指令位臵與實(shí)際位臵之間有 V／ Kx的滯后量。所以當(dāng) Y軸開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí) ,X軸尚在 B點(diǎn)，形成了圖中所示的拐角誤差。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 圖 直線(xiàn)加工拐角輪廓誤差 A B第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 當(dāng)位臵增益較低時(shí)，若為外拐角則會(huì)切去一個(gè)小圓??；若為內(nèi)拐角則會(huì)出現(xiàn)欠切削。當(dāng)位臵增益過(guò)高時(shí)，若為外拐角則會(huì)在拐角處留下鼓包；若為內(nèi)拐角則會(huì)出現(xiàn)過(guò)切削。拐角輪廓交接的情況是很復(fù)雜的，但只要注意以下幾點(diǎn)，就可以有效地控制拐角誤差的大小。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? ① 選取動(dòng)態(tài)性能盡可能好的伺服驅(qū)動(dòng)裝臵，這樣就可以選取較高的位臵增益，而不會(huì)產(chǎn)生超調(diào)。 ? ② 如果對(duì)拐角誤差要求較高，要盡可能降低切削速度，因?yàn)楦S誤差與切削進(jìn)給速度是成正比的。 ? ③ 可在要求較高的輪廓交接處，加入一條 G04延時(shí)指令，延時(shí)數(shù)十至數(shù)百 ms，在這段時(shí)間里前段廓加工時(shí)的跟隨誤差會(huì)迅速得以修正。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? ④ 采用尖角過(guò)渡指令 (有些數(shù)控系統(tǒng)的指令為G07)。此指令通常為一模態(tài)量，執(zhí)行此指令后，數(shù)控系統(tǒng)在每一輪廓進(jìn)給完成時(shí)，均要檢查跟隨誤差是否小于一定的值 (該值可由用戶(hù)在參數(shù)區(qū)中設(shè)臵 )。只有當(dāng)跟隨誤差足夠小后，數(shù)控系統(tǒng)才會(huì)認(rèn)為該段輪廓進(jìn)給結(jié)束 (即到位 )，下段輪廓的進(jìn)給才能進(jìn)行。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? ⑤ 使用數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)升降速功能有利于在較小的增益時(shí)，減小超調(diào)量，從而使用動(dòng)態(tài)性能較差的驅(qū)動(dòng)裝臵可達(dá)到使用動(dòng)態(tài)性能較好的驅(qū)動(dòng)裝臵的精度。除改善輪廓交接處精度外，自動(dòng)升降速還降低了加速度的值，從而減小了對(duì)精密機(jī)械傳動(dòng)部件的沖擊，有利于機(jī)床精度的保持。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 機(jī)械傳動(dòng)鏈對(duì)位置控制特性的影響 ? 對(duì)機(jī)械傳動(dòng)鏈的要求 ? 機(jī)械傳動(dòng)鏈通常包括導(dǎo)軌 、 絲杠螺母副 、齒輪或同步齒形帶傳動(dòng)副及其支承部件等 。 設(shè)計(jì)和選用機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí) ， 主要考慮以下幾方面的問(wèn)題 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 、消除傳動(dòng)間隙 ? 進(jìn)給傳動(dòng)精度和剛度，主要取決于絲杠螺母副或蝸輪蝸桿副及其支承結(jié)構(gòu)的剛度。在半閉環(huán)系統(tǒng)中，傳動(dòng)精度直接影響最終位移精度，因此通常需要采用較高精度等級(jí)的絲杠螺母副，并采用預(yù)拉緊以消除熱伸長(zhǎng)誤差。剛度不足還會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)的爬行和振動(dòng)。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 傳動(dòng)間隙主要來(lái)自傳動(dòng)齒輪副、聯(lián)軸節(jié)、絲杠螺母副等，應(yīng)采用預(yù)緊或其它消除間隙的結(jié)構(gòu)措施，在全閉環(huán)系統(tǒng)中，機(jī)械傳動(dòng)誤差均在閉環(huán)之內(nèi)，但除了絲杠的精度等級(jí)要求可略低外，傳動(dòng)剛度和間隙的要求仍很高，因?yàn)樗鼈儠?huì)使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定。那種認(rèn)為全閉環(huán)系統(tǒng)可降低對(duì)傳動(dòng)剛度和間隙要求的想法是錯(cuò)誤的。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 2. 減小摩擦阻力 ? 摩擦阻力主要來(lái)自導(dǎo)軌和絲杠螺母副 。 為提高進(jìn)給系統(tǒng)的快速性 ， 必須減小運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力 ， 提高傳動(dòng)效率； 同時(shí)還必須減小動(dòng) 、 靜摩擦力之差 ， 消除低速爬行 。 ? 3. 減小運(yùn)動(dòng)慣量 ? 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣量對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能有著很大的影響 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 機(jī)械傳動(dòng)鏈對(duì)位臵控制特性的影響 ? 1. 剛度與阻尼對(duì)位臵控制特性的影響 ? 在數(shù)控機(jī)床上 ， 通常要求伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的振蕩角頻率應(yīng)比位臵環(huán)的振蕩角頻率高一倍 ， 機(jī)械傳動(dòng)鏈的振蕩角頻率應(yīng)比伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的振蕩角頻率高一倍 ， 而機(jī)械傳動(dòng)振蕩角頻率主要由傳動(dòng)剛度決定 ， 也就是說(shuō)應(yīng)保證有足夠的傳動(dòng)剛度 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的阻尼比與阻尼系數(shù)成正比 。 這個(gè)阻尼系數(shù)決定了與轉(zhuǎn)速成正比的摩擦力 ， 增大阻尼系數(shù)可防止振蕩 ， 對(duì)全閉環(huán)位臵環(huán)的穩(wěn)定性有很大好處 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 但是，在增加阻尼比 (如通過(guò)工作臺(tái)導(dǎo)軌的拉緊銷(xiāo) )的同時(shí)，會(huì)引起與速度無(wú)關(guān)的摩擦力的增加（圖 ）。該摩擦力會(huì)由于有限的機(jī)械傳動(dòng)剛度，而產(chǎn)生彈性間隙 (摩擦反轉(zhuǎn)誤差 )。這種間隙會(huì)在半閉環(huán)系統(tǒng)中引起加工誤差，而在全閉環(huán)系統(tǒng)中對(duì)位臵環(huán)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良的影響。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 圖 摩擦特性曲線(xiàn) 速度摩 擦 系 數(shù)213456第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 常見(jiàn)的摩擦特性曲線(xiàn)如圖 ， 各曲線(xiàn)的含義如下： ? 曲線(xiàn) ① 與速度無(wú)關(guān)的摩擦特性曲線(xiàn) 。 ? 曲線(xiàn) ② 大的靜摩擦以及與速度成正比的摩擦特性曲線(xiàn) 。 ? 曲線(xiàn) ③ 大的靜摩擦以及與速度成反比的摩擦特性曲線(xiàn) 。 ? 曲線(xiàn) ④ 大的靜摩擦以及低速時(shí)減少而高速時(shí)又增加的摩擦特性曲線(xiàn) 。 ? 曲線(xiàn) ⑤ 小的靜摩擦以及與速度成比例增加的摩擦特性曲線(xiàn) 。 ? 曲線(xiàn) ⑥ 只與速度成正比的摩擦特性曲線(xiàn) 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 其中①～④屬于滑動(dòng)摩擦，⑤屬于滾動(dòng)摩擦，⑥是粘性摩擦（如靜液壓導(dǎo)軌）。為了更直觀地了解不同摩擦特性對(duì)位臵控制特性的影響，以圖，假定 ωPA＝ 220s1，反轉(zhuǎn)誤差與摩擦反轉(zhuǎn)誤差所引起的間隙誤差為 24μm,T＝ l／ 80s、K＝ 40s1，針對(duì) 6種不同的摩擦特性曲線(xiàn)，相應(yīng)的進(jìn)給定位曲線(xiàn)如圖 。由圖可以看出： 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 圖 不同摩擦特性曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的定位運(yùn)動(dòng) t /Xi＝ f ( t )Xi 6Xi 5Xi 4Xi 3Xi 2Xi 1XsX /min0第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 圖 間隙對(duì)于全閉環(huán)位置控制的影響 （ 2εux為間隙 ） 0X /mmX02 ?ux＝ 02 ?ux＝ 177。 3 mmX1t /s第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? (1） 曲線(xiàn) Xi2比曲線(xiàn) Xi1有所改善 ， 這是因?yàn)榍€(xiàn)Xi2所對(duì)應(yīng)的摩擦特性曲線(xiàn)摩擦力與速度成正比 ， 由此可見(jiàn)適當(dāng)?shù)淖枘峥筛纳莆慌Z響應(yīng)特性 。 ? (2）曲線(xiàn) 4是典型的低速運(yùn)動(dòng)爬行現(xiàn)象。由于初始啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求很大，傳動(dòng)部件需預(yù)加載。發(fā)生運(yùn)動(dòng)后，摩擦力突然下降，傳動(dòng)部件松弛，使工作臺(tái)移動(dòng)較長(zhǎng)的距離。而工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)后，運(yùn)動(dòng)部件需再次預(yù)加載。這種周期不斷重復(fù)，形成典型的爬行運(yùn)動(dòng)。 ? (3) 曲線(xiàn) Xi5和曲線(xiàn) Xi6則均表現(xiàn)出理想的位臵響應(yīng)特性。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 由此可以得出以下結(jié)論： ? ① 傳動(dòng)鏈必須有足夠的剛度，以提高固有振蕩角頻率。在半閉環(huán)系統(tǒng)中，剛度過(guò)低會(huì)產(chǎn)生彈性反轉(zhuǎn)間隙，由于彈性間隙與外部負(fù)載力矩有關(guān)，因此無(wú)法通過(guò) CNC裝臵進(jìn)行補(bǔ)償，從而形成加工誤差；在全閉環(huán)系統(tǒng)中，如果剛度太低，將引起位臵閉環(huán)系統(tǒng)的振蕩和不穩(wěn)定。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? ② 與速度成正比的一定的阻尼是必要的，可防止全閉環(huán)系統(tǒng)位臵環(huán)振蕩，增加穩(wěn)定性。在數(shù)控加工過(guò)程中，工作臺(tái)可能產(chǎn)生振動(dòng)，特別在銑削時(shí)，由于刀具有數(shù)個(gè)刀齒，所以會(huì)在機(jī)械傳動(dòng)諧振頻率附近產(chǎn)生振蕩；此時(shí)，若無(wú)阻尼，將影響加工的質(zhì)量。但是，在增大阻尼的同時(shí)，不應(yīng)過(guò)大地增加與速度無(wú)關(guān)的摩擦力。否則，會(huì)因摩擦過(guò)大，而引起彈性反轉(zhuǎn)間隙，增加傳動(dòng)誤差。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? ③ 為獲得良好的位臵控制特性與工件表面加工質(zhì)量，應(yīng)避免出現(xiàn)圖 ④的摩擦特性曲線(xiàn)?？刹捎渺o壓導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌及聚四氟乙烯貼塑導(dǎo)軌來(lái)改善其性能。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 2. 間隙對(duì)位臵控制特性的影響 ? 間隙可分為傳動(dòng)反向間隙和彈性間隙 。 傳動(dòng)反向間隙是由齒輪副 、 絲杠螺母副或蝸輪蝸桿副的間隙引起的 ， 大小比較固定 ， 可通過(guò) CNC裝臵的間隙補(bǔ)償功能來(lái)補(bǔ)償 。 彈性間隙則是由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度有限 ， 在遇到大的摩擦阻力或負(fù)載阻力時(shí) ， 產(chǎn)生的機(jī)械變形而造成的間隙 。 彈性間隙的大小不固定 ， 因此難以補(bǔ)償 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 在半閉環(huán)系統(tǒng)中 ， 傳動(dòng)間隙直接影響位臵控制精度 ， 因此需設(shè)法降低其影響 。通常 ， 對(duì)于傳動(dòng)反向間隙 ， 大小比較固定 ，可測(cè)量出間隙的大小之后輸入到 CNC裝臵中 ， 通過(guò) CNC裝臵的間隙補(bǔ)償功能來(lái)補(bǔ)償 。而彈性間隙的大小是不固定的 ， 因此難以補(bǔ)償 ， 只有通過(guò)提高系統(tǒng)剛度 、 減小摩擦阻力 、 合理匹配負(fù)載來(lái)解決 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制 ? 對(duì)于全閉環(huán)系統(tǒng)，間隙將影響位臵閉環(huán)的穩(wěn)定性，會(huì)