圆弧插补中的反向运动间隙补偿.docx

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圆弧插补中的反向运动间隙补偿

圆弧插补中的反向运动间隙补偿BacklashCompensationinCircleInterpolation胡波叶佩青(清华大学)摘要:提出一种新的圆弧插补中反向运动间隙补偿的方案,可提高加工圆弧时的表面质量,并使补偿过程中产生的误差较小。文章探讨了新方案的误差及其控制。关键词:插补补偿在圆弧插补中通常有两种反向运动间隙补偿(以下简称间补)方法:一种是在过象限前减速,在过象限点处停下,完成间补后再对剩余圆弧进行插补;另一种是在过象限点后,一边插补一边补偿。前者补偿精度较高,但运行速度不平稳,会影响工件表面质量;后者运行速度连续,能得到较好的加工表面,但由于未对过象限时的速度作处理,因而会造成较大的理论误差。为此,本文提出一种新的控制策略,把补偿的起始点前移,在过象限不停的情况下,减小理论误差,提高控制精度。ω为过象限时的插补速度,由于实际间补过程很短,故其速度变化是次要的,速度只需满足′y≤V,′x≈Rω。消去时间因子,则≤VΠx∈[x,x′],0f′(x)21Rω满足上述条件的f(x)的轨迹就可以作为补偿曲线P′1PP2。由这三个条件所限制的补偿曲线仍有很多形式,然而无论控制空间中补偿曲线P′1PP2如何复杂,其P′1P段都只对应轨迹空间中的直线P1P(如图2所示)。插补时走完直线P1P,则意味着间隙已经补偿,余下的PP2段只是追上圆弧。显然PP2对补偿效果影响不大,而P′1P段又不影响实际轨迹,所以控制曲线P′1PP2的形式可以很简单:设P′1PP2为直线。不过满足条件的直线仍然很多,为了缩短补偿时间,减小对圆弧插补的影响,参照条件(3),将补偿曲线限定为斜率为VΠ(Rω)的直线,这样只需确定直线上的一点,就可以确定补偿直线。1原理在间补过程中,补偿轴的电动机仍被驱动,但执行终端并不运动。为便于分析,将驱动电动机与执行终端的运动空间分别称作控制空间和轨迹空间。如图1所示,以逆时针插补跨一、二象限圆弧的间补为例进行讨论。令控制空间和轨迹空间的第二象限重合,一象限的圆弧在控制空间中比在轨迹空间中高出间隙值δ。在控制空间中间补过程就是曲线P′1PP2的插补过程;而在轨迹空间,执行的则是直线P1P与曲线PP2组成的轨迹。可见,要选择合适的间补方案,就要选择合适的补偿曲线P′1PP2,并对其插补速度进行规划。设补偿曲线P′1PP2是以函数y=f(x)表示的空图1图2间轨迹,P′1和P2坐标分别为(x′1,y′1)和(x2,y2),则有如下条件。(1)端点条件:该条件保证曲线始于圆弧A′B′,终于圆弧BC:y′1=f(x′1),y2=f(x2);(2)补偿目标:该条件保证曲线能够补偿间隙:y′1-y2≥δ(3)单调及速度条件:设V为Y轴最大起动速度,δRω经求解可知,由点P(x1-,y1)确定之补偿直V线对圆的最大偏小误差等于最大偏大误差,为最大误差最小的补偿直线。这里点P1(x1,y1)为补偿轨迹自圆弧AB上的起点。故最大偏大误差和最大偏小误差分别为δRω22εu=(x1-)+y1-R,εd=R-y1(1)V制造技术与机床·22·2002年第10期令εu和εd相等,求v=y1ΠR,则有P1,并令k=δωΠV,u=x1ΠR,于0.1)。用Taylor公式将式(4)展开求解,得p=2-δωR1。故取u=(2-1)k,即x1=(2-1)。V(u-k)2+v2-1=1-v(2)2算法实现根据参数的物理意义,应有k0,且补偿的前提条件要求补偿直线终点必须在圆弧BC上。如图3所图5是实现本插补补偿的算法流程图,其前提条示补偿直线的斜率V应大于δ,故0k2。由于点δVRωP1在圆弧AB上,故有则有2Rs件为:k≤0.1,即≤0.1(V=Rω为过象限时的插sRV22u+v=1,从式(2)中消去v,补速度),此时可以保证间补最大误差小于圆弧直径的0.05%。在圆弧插补达到或超过P1时,根据当前点的坐标计算补偿直线截距b,并计算由当前点起始的补偿直线对应的P2点坐标x2。插补圆弧终点如果在一或二象限,并位于当前点与P2之间(x≥xex2)时,则不需要间补或按本算法补偿无法精确到达终点,因此应按X轴停止的方案进行Y轴间补;否则使Y轴按速度V,X轴按速度Vs走直线进行补偿,直至当前点到达或略微超过P2点,此时补偿过程结束。k2u2(3)-2uk+1=2-1-图3图4图4为借助数值计算工具绘出的u随k变化的曲线。在k有意义的范围内,u与k的关系近似线性,因此可以设u=pk,代入式(3)得3误差及其控制在加工工件时不减速的间补比停机补偿能得到较好的表面质量,但理论误差较大。运用本文提出的补偿方案,可以将这一误差缩小。当间隙为0.1mm,最大起动速度120mmΠmin,则以600mmΠmin的速度加工半径为50mm的圆弧,其最大误差不超过0.5μm。对于丝杠间

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