【正文】 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ? 進(jìn)給運(yùn)動控制參數(shù)又叫機(jī)床參數(shù)（ PARAMETER）或機(jī)床數(shù)據(jù)（ Machin Data—MD），設(shè)臵進(jìn)給運(yùn)動控制參數(shù)的目的，是為了使數(shù)控系統(tǒng)與被控制的機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)相匹配。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ? 位臵控制和伺服驅(qū)動部分影響閉環(huán)系統(tǒng)控制性能的關(guān)鍵因素是伺服時間常數(shù) T和開環(huán)放大倍數(shù) K。一般常用激光干涉儀來測量。 ? （ 2）由于機(jī)床坐標(biāo)系是靠返回參考點(diǎn)而建立的，因此在誤差表中參考點(diǎn)的誤差要為零。以后數(shù)控系統(tǒng)在控制該軸運(yùn)動時，會自動計(jì)算加以補(bǔ)償。 盡管可以采用高精度的滾珠絲杠 ，但制造誤差總是存在的 。 為此 ， 可用激光干涉儀等測量工具測出間隙值 ， 作為參數(shù)輸入 CNC系統(tǒng)中 ，由 CNC裝臵自動補(bǔ)償 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 進(jìn)給運(yùn)動的補(bǔ)償設(shè)定 ? 在機(jī)械傳動鏈中，影響進(jìn)給位臵控制特性的各種因素是客觀存在的，由此會造成進(jìn)給位臵控制的誤差。在西門子 802S 中，由 MD34040設(shè)定，默認(rèn)值為 300mm/min。 在西門子 802S 中 ， 返回方向由MD34010設(shè)定 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 （ 2） 方式 2： 按下返回參考點(diǎn)操作按鈕后 ， 按設(shè)定的運(yùn)動方向快速返回 ， 壓下參考點(diǎn)開關(guān)后立即減速并改變方向 ， 低速退出擋塊 ， 再反向?qū)ふ伊忝}沖； 零脈沖到來時立即停止 ， 如圖 （ b） 所示 。 不同的 CNC系統(tǒng) ， 其返回參考點(diǎn)的動作細(xì)節(jié)會有所不同；但一般來說 ， 都是先通過減速行程開關(guān)粗定位 ， 然后再由精定位開關(guān)或編碼器零位脈沖精定位兩個步驟 。 跟隨誤差作為位臵控制過程中的一個重要數(shù)據(jù) ， 可用于較全面地判斷位臵控制是否處于正常狀態(tài) 。 該項(xiàng)參數(shù)中 ， P1為單向定位的方向 ， P2為接近點(diǎn)到定位點(diǎn)的距離 ， P3為定位趨近速度 。直線升降速的加速度恒定，并限制在一定范圍之內(nèi)。 合理設(shè)臵 Vm則可克服這一現(xiàn)象 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 （ 3） Emax為最大跟隨誤差 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 5. 變增益位臵控制參數(shù) ? 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)均采用變增益的位臵控制 ， 其增益設(shè)臵如圖 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ? 在西門子 802S 中， MD36000為粗定位范圍，MD36010為精定位范圍， MD36050為夾緊容差。 在應(yīng)用于具體的機(jī)床時 ， 由于機(jī)械強(qiáng)度有限 ， 還要考慮慣性的影響 ， 因而必須根據(jù)所配機(jī)床的具體情況而定 。軟限位通常設(shè)定在進(jìn)給軸硬件超程限位開關(guān)的內(nèi)側(cè)，一旦坐標(biāo)值超越此限制，就立即停止進(jìn)給，并產(chǎn)生報(bào)警信息，但允許自行恢復(fù)。 進(jìn)給軸分辨率由編碼器每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù) （ P/r） 、 位臵檢測接口倍頻數(shù)（ KB） 以及傳動機(jī)構(gòu)的傳動比 （ mm/r） 共同決定 ， 一般為 mm、 mm、 mm、 mm等 。例如在 FANUC系統(tǒng)中稱為機(jī)床參數(shù)（ PARAMETER），在 SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)中叫做機(jī)床數(shù)據(jù)（ Machin Data— MD）。因此，在進(jìn)給系統(tǒng)中，如果需要減速機(jī)構(gòu)，更多地采用同步齒帶，因?yàn)橥烬X帶傳動精度高．制造費(fèi)用低、噪音小，并且有足夠的剛性。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ? 綜上所述，剛性與慣量必須權(quán)衡考慮。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ? 不同公司的產(chǎn)品，其短時輸出的最大轉(zhuǎn)矩不同，所能輸出最大轉(zhuǎn)矩的時間也不同。 原則上負(fù)載慣量應(yīng)越小越好 ， 但由于機(jī)床傳動鏈的慣量是客觀存在的 ， 而且提高傳動剛度還可能進(jìn)一步加大其慣量 ， 因此考慮負(fù)載慣量匹配是非常重要的 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ? 對于全閉環(huán)系統(tǒng)，間隙將影響位臵閉環(huán)的穩(wěn)定性，會出現(xiàn)超調(diào)和振蕩，如圖。 彈性間隙的大小不固定 ， 因此難以補(bǔ)償 ?？刹捎渺o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。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(jī)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。 ? (3) 曲線 Xi5和曲線 Xi6則均表現(xiàn)出理想的位臵響應(yīng)特性。由于初始啟動轉(zhuǎn)矩要求很大，傳動部件需預(yù)加載。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(jìn)給定位曲線如圖 。 ? 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 。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(jìn)給運(yùn)動的控制 ? 機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的阻尼比與阻尼系數(shù)成正比 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)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 。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。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(jī)械傳動部件的沖擊，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)。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。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。 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 。 當(dāng) Kx與 Ky差別不很大時 ， 我們可忽略第一項(xiàng)中 φ對 ε的影響 。 φ+α) ? 即 (R+r)2+2ε(R+r)+ε2 ? = (R+r)2+δ2V+2(R+r)δV sin(αφ) 2ε(R+r) ? +ε2+δ2V+2(R+r)δV sin(αφ) ? 由于 ε很小 ， ε2更小 ， 可忽略不計(jì) ， 故 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ?????????????????sincos)(2sincoscossin)(2)sin()(2222yxVVVVVVrRrRrR????????????由于 ?????????????yxyxyxKKVKVKV1122sinsincoscossinsincos?????????第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ?????????????????????????????????????????????????????????????????yxyxyxyxVKKVrRKKVKKV112sin)(2cossincossin222222222?????????所以 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ? 由此可得出如下結(jié)論： ? (1) 當(dāng) Kx＝ Ky時， 上式可簡化為 22)(2 KrRV???第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ? 即，當(dāng)兩軸增益匹配時，所加工出的實(shí)際輪廓仍為圓弧， ε為一恒定值，與 φ無關(guān)，誤差在于圓弧半徑的大小不同。 ? （ 4） 輪廓誤差與編程進(jìn)給速度成正比 。 ）時， E=0， 即當(dāng)沿著 X或 Y軸單軸運(yùn)動時， 不存在輪廓誤差。 圖中 ， A為指令位臵 ， B為實(shí)際位臵 。 如夠使用或調(diào)整不當(dāng) ， 則單個軸的跟隨誤差會造成輪廓運(yùn)動的誤差 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 （ 3） 由于位臵控制傳遞函數(shù)為 I型系統(tǒng) ， 因此在定位過程中 (在恒速運(yùn)動時 )存在一個恒定的跟隨誤差： )()()( 1 sXsXsE o?? 跟隨誤差對輸入的傳遞函數(shù) (誤差傳函 )為 )(11)()()(sGsXsEsGKie ???第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ? 當(dāng)以進(jìn)給速度為 V且恒速運(yùn)動時， 相當(dāng)于斜坡輸入 Xi=V由此可以得到以下結(jié)淪。 其閉環(huán)傳遞函數(shù)為 111)(2 ???sKsKTsG B第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ? 根據(jù)典型二階振蕩環(huán)節(jié)的特性， 其阻尼比與振蕩角頻率為 TKKT n?? ?? 1/21 圖 T一定時增加 K值位置響應(yīng)曲線的變化情況 , 圖 K一定時改變伺服系統(tǒng)的時間常數(shù) T值位置響應(yīng)曲線的變化情況 , 圖中 ω0=1／ T。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 ? 這里 ωPA即為機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的振蕩角頻率， ξPA為阻尼比。 ? （ 5） 間隙非線性環(huán)節(jié)描述了典型的機(jī)械傳動反轉(zhuǎn)間隙對整個系統(tǒng)的影響 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 （ 3） 在圖 ， 伺服驅(qū)動系統(tǒng)是一個復(fù)雜的雙閉環(huán)系統(tǒng) ， 屬于二階振蕩 。 CNC裝臵通過 DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出 10～ +10 V的電壓來控制伺服電動機(jī)的運(yùn)動 。 Kv為位臵放大系數(shù) （ 軟件增益 ） ， 它是由CNC內(nèi)部的參數(shù)設(shè)臵的 ， 單位為數(shù)字 /數(shù)字 。 第 5章 進(jìn)給運(yùn)動的控制 圖 閉環(huán)進(jìn)給位置控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 KX os111?Ts 2PAPAPA22PA2 ?????? ssX i EX f－第 5章 進(jìn)