第6章数控技术讲述资料.ppt

* §6-1 进给伺服系统的总体结构 §6-2 进给伺服系统的数学模型 §6-3 伺服参数的优化 §6-4 误差补偿概述 §6-5 几何误差补偿 §6-6 热误差补偿 §6-7 动态误差补偿 第六章 伺服系统分析及误差补偿 * 工作台低速运动时，静摩擦占主导地位。 工作台速度较高时，体现为与方向相关的库仑摩擦和与速度相关的粘性摩擦(阻尼)。 两者之间呈现剧烈的非线性特性。 Stribeck摩擦力模型 一、摩擦力特性分析 §6-6 动态误差补偿 数字控制及装备技术研究所 Institute of Numerical Control And Equipment Technology §6-6-1 摩擦误差补偿 * 二、摩擦误差产生原因 高速时，速度指令大→电机转矩大于摩擦力，不会造成摩擦误差。低速时，速度指令小→电机转矩小，当电机转矩小于摩擦力时，电机在旋转，但工作台并不运动，造成摩擦误差 当电机转矩小于摩擦力时，能量被传动系统弹性环节储存起来，当电机转矩大于摩擦力时，由于静摩擦力大于动摩擦力使得能量释放，造成系统振荡。 数字控制及装备技术研究所 Institute of Numerical Control And Equipment Technology §6-6-1 摩擦误差补偿 * 工作台改变方向时速度为0，静摩擦力最大，摩擦误差最大，因此常把摩擦误差称为过象限误差，摩擦误差补偿也通常从反向点处开始。 数字控制及装备技术研究所 Institute of Numerical Control And Equipment Technology 摩擦导致的过象限误差 §6-6-1 摩擦误差补偿 * 三、减小摩擦误差的方法 1、减小传动系统摩擦力 采用滚动导轨、液体静压导轨、空气静压导轨或磁悬浮导轨减小系统摩擦力，同时降低动摩擦和静摩擦力差异，提高进给系统动态性能。但采用高性能导轨将极大地提高机床成本。 2、提高伺服驱动系统刚度 通过提高伺服驱动系统的位置环、速度环和电流环刚度，当摩擦误差产生时，小的误差信号能够及时、足够地调整到电机驱动电流。但高刚度容易引起系统振荡。 减小伺服驱动器各控制环的控制周期也有利于提高系统的响应速度。但减小控制周期对数控装置的硬件性能要求较高。 数字控制及装备技术研究所 Institute of Numerical Control And Equipment Technology §6-6-1 摩擦误差补偿 * §6-6-1 摩擦误差补偿 四、摩擦误差补偿 速度环 位置环 电流环 电机/ 工作台 d/dt - + - - + + 摩擦前馈 + Δn 1、摩擦补偿原理 * 加速度 补 偿 时 间 Δn 加速度 最佳补偿量和最佳补偿时间 补偿幅值太小 补偿幅值太大 时间常数太小 时间常数太大 §6-6-1 摩擦误差补偿 * 2、摩擦补偿方法 恒值摩擦补偿：补偿时间内摩擦补偿值为稳定不变的数值，不随外界条件的改变而变化。 自适应摩擦补偿：在数控机床的允许加速度范围内，摩擦的补偿量根据加工参数，自动变化并取得最优补偿值。 0aa1 a1aa2 a2aa3 aa3 数字控制及装备技术研究所 Institute of Numerical Control And Equipment Technology §6-6-1 摩擦误差补偿 * * (a) 补偿前 (b) 补偿后 半径误差 4 μm 凸峰误差 13.198μm 半径误差 18μm 凸峰误差 3.404μm 半径 25mm 速度 0.5m/min §6-6-1 摩擦误差补偿 沈阳VMC0745d立式加工中心摩擦补偿实验 * * (a) 补偿前 (b) 补偿后 半径误差 18 μm 凸峰误差 14.529μm 半径误差 18μm 凸峰误差 3.4956μm 半径 25mm 速度 1m/min §6-6-1 摩擦误差补偿 沈阳VMC0745d立式加工中心摩擦补偿实验 * * 沈阳VMC0745d立式加工中心摩擦补偿实验 (a) 补偿前 (b) 补偿后 半径误差 436μm 凸峰误差 13.295μm 半径误差 437μm 凸峰误差 4.401μm 半径 25mm 速度 5m/min §6-6-1 摩擦误差补偿 * 速度前馈控制系统框图 在数控加工中，位置曲线通常是预知的，可采用前馈控制来消除系统的跟踪误差。系统的闭环传递函数为GF(z)： 令： Gv(z) R(z) T T E(z) F(z) + - + + 机械传动 电机 ?(s) 零阶 保持器 s 1-e -sT GD(s) z -1