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      基于加減速控制的半閉環數控機床反向間隙補償

      點擊次數:更新時間:2016-06-21【打印】

       ?。?1基金項目i華南理工大學自然科學基金資助項屋(18House.Allrights對于制造業中普遍使用半閉環數控機床而言,影響機床定位精度的主要因素有機床幾何精度、伺服控制精度、測量系統的精度以及環境溫度波動等。其中,傳動機構的反向間隙和彈性形變等所產生的機床定位誤差占整個加工誤差的50%60%112.為減少該誤差,在機械方面,通過使用高精度的滾珠絲杠以及絲杠安裝時加入預緊力的方法,可以在一定程度上降低反向間隙的影響。但絲杠總是存在制造誤差,加之長期使用會產生磨損,因此,采用帶反向間隙補償功能的半閉環數控機床是提高加工精度、降低成本的一種行之有效的方法。
        在具體應用反向間隙補償時,如何縮短運動部件的反向間隙補償時間、以及如何對機床的反向間隙補償動態過程進行合理的控制,防止超出執行電機本身限制,產生較大的跟隨誤差和振蕩等,這些仍是反向間隙補償算法實現上需要重點考慮的問題。為此,本文在闡述反向間隙補償基本原理的基礎上,提出一種符合機床加減速控制的方向間隙補償算法,最后給出該算法的具體的典型的數字伺服系統,在實現反向間隙補償時,需要保證伺服系統運動平穩性,避免發生沖擊和振蕩,這就要求加入反向間隙補償時,必須考慮伺服電機驅動能力的限制,如反向間隙補償值不能在一個采樣周期內一次性加入,否則將引起執行器輸出飽和,產生很大的跟隨誤差。同時,加入反向間隙補償時所引起的電機加減速度要滿足伺服電機驅動力矩所限定的啟動和停止加減速度的限制。而另一方面,對于換向頻繁的快速運動系統,要求反向間隙補償能在最短的時間內完成,以保證系統的定位精度。為滿足以上的各方面限制條件,本節將加減速控制方法引入反向間隙補償中,實現一種基于加減速控制的階躍式反向間隙補償算法,該算法設計的目標是使系統在滿足過渡過程加減速控制的前提下,以最短的時間完成反向間隙補償。
        加減速控制過程中速度相對于時間的函數關系式v=/(t)。它應滿足以下幾個約束條件/4々(1)加速過程的加速度應在小直線加減速曲線于由伺服電機驅動力矩所限定的啟動加速度的前提下盡量地大。以保證啟動時不失步,又有較快的響應速度。(2)減速過程的速度變化率應在到位前緩減至零,以保證停止時不超程。(3)在加減速過程結束時,應使實際位置與指令位置一致,以保證位置精度。如直線加減速曲線所示,加速度a小于等于伺服電機驅動力矩所限定的啟動加速度。V.為軸平均進給速度。t為加速時間。S為加速、恒速和減速3為筆者設計的實現反A向間隙補償加減速曲線。整個補償過程由加速段和減速段兩1/°\個過程構成,兩個階段所圍的5 57面積為反向間隙補償距離D.反向間隙補償圖中的加速度a不但要求小于加減速曲線伺服電機驅動力矩所限定的啟動加速度,還需滿足a小于等于電機限定的最大加速度與正常加速運動時設定的加速度之差。由于將中恒速運動時間設計為零,這樣在滿足加減速控制的同時,實現了最短的反向間隙補償時間。下面推導具體的基于加減速控制的反向間隙補償算法。
        所補償的位置滿足:間隙值為32Um.(b)為加入本文提出的基于加減速控制的反向間隙補償算法后測試得到的機床x軸定位誤差分布曲線,圖中反向間隙已經縮小為2Um之內,可見x軸的反向間隙已經成功地被補償。
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