【文章內(nèi)容簡介】 圓弧半徑的大小不同。當(dāng)要求加工精度高時，可通過編程時修正圓弧半徑的方法來解決。同時可看出 ε與進給速度成正比，與位臵增益成反比，因此提高位臵增益對減小圓弧加工誤差也是很重要的。 第 5章 進給運動的控制 ? （ 2） 當(dāng) Kx≠Ky時 ， 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 ， 我們可忽略第一項中 φ對 ε的影響 。 而第二項的大小與 sin2φ成正比 ， 因此當(dāng) Kx≠Ky時 ， 所加工的圓弧將變成長軸位于 45176。 或 135176。 處的橢圓 ， 如圖 。 同時可明顯看出 ， 當(dāng)Kx=Ky時 ,提高 Kx和 Ky對減小誤差 ε有很大益處 。 第 5章 進給運動的控制 圖 增益不匹配時的圓弧輪廓誤差 實際輪廓XY編程輪廓O第 5章 進給運動的控制 ? 4. 對拐角輪廓誤差的影響 ? 數(shù)控機床在進行加工時 ， 在兩個輪廓 (直線或圓弧 )的交接處會產(chǎn)生誤差 ， 此誤差稱為拐角輪廓誤差 。 最簡單和最容易理解的例子是沿著兩個正交坐標(biāo)軸加工拐角為直角的零件 ， 如圖 。 第 5章 進給運動的控制 ? 當(dāng) X軸的位臵指令到達(dá)后，另一軸 Y立即開始從零加速至指定速度運動。但是由于 X軸指令位臵與實際位臵之間有 V／ Kx的滯后量。所以當(dāng) Y軸開始運動時 ,X軸尚在 B點，形成了圖中所示的拐角誤差。 第 5章 進給運動的控制 圖 直線加工拐角輪廓誤差 A B第 5章 進給運動的控制 ? 當(dāng)位臵增益較低時，若為外拐角則會切去一個小圓??；若為內(nèi)拐角則會出現(xiàn)欠切削。當(dāng)位臵增益過高時，若為外拐角則會在拐角處留下鼓包；若為內(nèi)拐角則會出現(xiàn)過切削。拐角輪廓交接的情況是很復(fù)雜的，但只要注意以下幾點，就可以有效地控制拐角誤差的大小。 第 5章 進給運動的控制 ? ① 選取動態(tài)性能盡可能好的伺服驅(qū)動裝臵，這樣就可以選取較高的位臵增益，而不會產(chǎn)生超調(diào)。 ? ② 如果對拐角誤差要求較高，要盡可能降低切削速度，因為跟隨誤差與切削進給速度是成正比的。 ? ③ 可在要求較高的輪廓交接處，加入一條 G04延時指令，延時數(shù)十至數(shù)百 ms，在這段時間里前段廓加工時的跟隨誤差會迅速得以修正。 第 5章 進給運動的控制 ? ④ 采用尖角過渡指令 (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)在每一輪廓進給完成時，均要檢查跟隨誤差是否小于一定的值 (該值可由用戶在參數(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)才會認(rèn)為該段輪廓進給結(jié)束 (即到位 )，下段輪廓的進給才能進行。 第 5章 進給運動的控制 ? ⑤ 使用數(shù)控系統(tǒng)的自動升降速功能有利于在較小的增益時，減小超調(diào)量，從而使用動態(tài)性能較差的驅(qū)動裝臵可達(dá)到使用動態(tài)性能較好的驅(qū)動裝臵的精度。除改善輪廓交接處精度外，自動升降速還降低了加速度的值，從而減小了對精密機械傳動部件的沖擊，有利于機床精度的保持。 第 5章 進給運動的控制 機械傳動鏈對位置控制特性的影響 ? 對機械傳動鏈的要求 ? 機械傳動鏈通常包括導(dǎo)軌 、 絲杠螺母副 、齒輪或同步齒形帶傳動副及其支承部件等 。 設(shè)計和選用機械傳動機構(gòu)時 ， 主要考慮以下幾方面的問題 。 第 5章 進給運動的控制 ? 、消除傳動間隙 ? 進給傳動精度和剛度，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的絲杠螺母副，并采用預(yù)拉緊以消除熱伸長誤差。剛度不足還會導(dǎo)致工作臺的爬行和振動。 第 5章 進給運動的控制 ? 傳動間隙主要來自傳動齒輪副、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，機械傳動誤差均在閉環(huán)之內(nèi)，但除了絲杠的精度等級要求可略低外，傳動剛度和間隙的要求仍很高，因為它們會使整個閉環(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)可降低對傳動剛度和間隙要求的想法是錯誤的。 第 5章 進給運動的控制 ? 2. 減小摩擦阻力 ? 摩擦阻力主要來自導(dǎo)軌和絲杠螺母副 。 為提高進給系統(tǒng)的快速性 ， 必須減小運動部件的摩擦阻力 ， 提高傳動效率； 同時還必須減小動 、 靜摩擦力之差 ， 消除低速爬行 。 ? 3. 減小運動慣量 ? 機械傳動機構(gòu)的慣量對進給運動的動態(tài)性能有著很大的影響 。 第 5章 進給運動的控制 ? 機械傳動鏈對位臵控制特性的影響 ? 1. 剛度與阻尼對位臵控制特性的影響 ? 在數(shù)控機床上 ， 通常要求伺服驅(qū)動系統(tǒng)的振蕩角頻率應(yīng)比位臵環(huán)的振蕩角頻率高一倍 ， 機械傳動鏈的振蕩角頻率應(yīng)比伺服驅(qū)動系統(tǒng)的振蕩角頻率高一倍 ， 而機械傳動振蕩角頻率主要由傳動剛度決定 ， 也就是說應(yīng)保證有足夠的傳動剛度 。 第 5章 進給運動的控制 ? 機械傳動機構(gòu)的阻尼比與阻尼系數(shù)成正比 。 這個阻尼系數(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 ， 對全閉環(huán)位臵環(huán)的穩(wěn)定性有很大好處 。 第 5章 進給運動的控制 ? 但是，在增加阻尼比 (如通過工作臺導(dǎo)軌的拉緊銷 )的同時，會引起與速度無關(guān)的摩擦力的增加（圖 ）。該摩擦力會由于有限的機械傳動剛度，而產(chǎn)生彈性間隙 (摩擦反轉(zhuǎn)誤差 )。這種間隙會在半閉環(huán)系統(tǒng)中引起加工誤差，而在全閉環(huán)系統(tǒng)中對位臵環(huán)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良的影響。 第 5章 進給運動的控制 圖 摩擦特性曲線 速度摩擦系數(shù)213456第 5章 進給運動的控制 ? 常見的摩擦特性曲線如圖 ， 各曲線的含義如下： ? 曲線 ① 與速度無關(guān)的摩擦特性曲線 。 ? 曲線 ② 大的靜摩擦以及與速度成正比的摩擦特性曲線 。 ? 曲線 ③ 大的靜摩擦以及與速度成反比的摩擦特性曲線 。 ? 曲線 ④ 大的靜摩擦以及低速時減少而高速時又增加的摩擦特性曲線 。 ? 曲線 ⑤ 小的靜摩擦以及與速度成比例增加的摩擦特性曲線 。 ? 曲線 ⑥ 只與速度成正比的摩擦特性曲線 。 第 5章 進給運動的控制 ? 其中①～④屬于滑動摩擦，⑤屬于滾動摩擦，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 6種不同的摩擦特性曲線，相應(yīng)的進給定位曲線如圖 。由圖可以看出： 第 5章 進給運動的控制 圖 不同摩擦特性曲線對應(yīng)的定位運動 t /Xi＝ f ( t )Xi 6Xi 5Xi 4Xi 3Xi 2Xi 1XsX /min0第 5章 進給運動的控制 圖 間隙對于全閉環(huán)位置控制的影響 （ 2εux為間隙 ） 0X /mmX02 ?ux＝ 02 ?ux＝ 177。 mmX1t /s第 5章 進給運動的控制 ? (1） 曲線 Xi2比曲線 Xi1有所改善 ， 這是因為曲線Xi2所對應(yīng)的摩擦特性曲線摩擦力與速度成正比 ， 由此可見適當(dāng)?shù)淖枘峥筛纳莆慌Z響應(yīng)特性 。 ? (2）曲線 4是典型的低速運動爬行現(xiàn)象。由于初始啟動轉(zhuǎn)矩要求很大，傳動部件需預(yù)加載。發(fā)生運動后，摩擦力突然下降，傳動部件松弛，使工作臺移動較長的距離。而工作臺停止運動后，運動部件需再次預(yù)加載。這種周期不斷重復(fù)，形成典型的爬行運動。 ? (3) 曲線 Xi5和曲線 Xi6則均表現(xiàn)出理想的位臵響應(yīng)特性。 第 5章 進給運動的控制 ? 由此可以得出以下結(jié)論： ? ① 傳動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，剛度過低會產(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)，因此無法通過 CNC裝臵進行補償，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 進給運動的控制 ? 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)控加工過程中，工作臺可能產(chǎn)生振動，特別在銑削時，由于刀具有數(shù)個刀齒，所以會在機械傳動諧振頻率附近產(chǎn)生振蕩；此時，若無阻尼，將影響加工的質(zhì)量。但是，在增大阻尼的同時，不應(yīng)過大地增加與速度無關(guān)的摩擦力。否則，會因摩擦過大，而引起彈性反轉(zhuǎn)間隙，增加傳動誤差。 第 5章 進給運動的控制 ? 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。可采用靜壓導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌及聚四氟乙烯貼塑導(dǎo)軌來改善其性能。 第 5章 進給運動的控制 ? 2. 間隙對位臵控制特性的影響 ? 間隙可分為傳動反向間隙和彈性間隙 。 傳動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 CNC裝臵的間隙補償功能來補償 。 彈性間隙則是由于傳動機構(gòu)的剛度有限 ， 在遇到大的摩擦阻力或負(fù)載阻力時 ， 產(chǎn)生的機械變形而造成的間隙 。 彈性間隙的大小不固定 ， 因此難以補償 。 第 5章 進給運動的控制 ? 在半閉環(huán)系統(tǒng)中 ， 傳動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 ， 對于傳動反向間隙 ， 大小比較固定 ，可測量出間隙的大小之后輸入到 CNC裝臵中 ， 通過 CNC裝臵的間隙補償功能來補償 。而彈性間隙的大小是不固定的 ， 因此難以補償 ， 只有通過提高系統(tǒng)剛度 、 減小摩擦阻力 、 合理匹配負(fù)載來解決 。 第 5章 進給運動的控制