第8章-數(shù)控機(jī)床誤差與補(bǔ)償

1、1章數(shù)控機(jī)床誤差與補(bǔ)償章數(shù)控機(jī)床誤差與補(bǔ)償8.5摩擦誤差補(bǔ)償摩擦誤差補(bǔ)償8.6伺服參數(shù)優(yōu)化伺服參數(shù)優(yōu)化2 精度是機(jī)床的根底，提高數(shù)控機(jī)床的精度首先是提高機(jī)床各精度是機(jī)床的根底，提高數(shù)控機(jī)床的精度首先是提高機(jī)床各部件的機(jī)械精度和動態(tài)性能，但機(jī)械精度提高到一定程度后就部件的機(jī)械精度和動態(tài)性能，但機(jī)械精度提高到一定程度后就很難再提高了，或者本錢太高難以應(yīng)用。很難再提高了，或者本錢太高難以應(yīng)用。 通過數(shù)控系統(tǒng)對誤差進(jìn)行補(bǔ)償是有效的途徑，使用誤差補(bǔ)償通過數(shù)控系統(tǒng)對誤差進(jìn)行補(bǔ)償是有效的途徑，使用誤差補(bǔ)償技術(shù)可以很小的代價獲得技術(shù)可以很小的代價獲得“硬技術(shù)硬技術(shù)難以到達(dá)的精度水平和動態(tài)難以到達(dá)的精度水平和動

2、態(tài)性能。性能。8.1 概述概述3cm一、機(jī)床誤差的分類一、機(jī)床誤差的分類 機(jī)床誤差包括機(jī)床誤差包括幾何誤差、間隙誤差、熱誤差、摩擦誤差和幾何誤差、間隙誤差、熱誤差、摩擦誤差和動態(tài)誤差動態(tài)誤差五類。五類。n 按誤差產(chǎn)生原因分類按誤差產(chǎn)生原因分類 上述誤差按誤差產(chǎn)生原因分類：上述誤差按誤差產(chǎn)生原因分類： 幾何誤差和間隙誤差幾何誤差和間隙誤差屬于屬于機(jī)床本體誤差機(jī)床本體誤差，熱誤差、摩擦誤差和動態(tài)誤差熱誤差、摩擦誤差和動態(tài)誤差屬于屬于機(jī)床運行機(jī)床運行誤差誤差。n 按誤差的性質(zhì)分類按誤差的性質(zhì)分類n 上述誤差按誤差的性質(zhì)分類：上述誤差按誤差的性質(zhì)分類： 幾何誤差屬于靜態(tài)誤差，熱幾何誤差屬于靜態(tài)誤差，熱

3、誤差屬于準(zhǔn)靜態(tài)誤差，摩擦誤差和動態(tài)誤差屬于動態(tài)誤差，間誤差屬于準(zhǔn)靜態(tài)誤差，摩擦誤差和動態(tài)誤差屬于動態(tài)誤差，間隙誤差雖然屬于機(jī)械系統(tǒng)誤差，但其在機(jī)床運行時表現(xiàn)出來，隙誤差雖然屬于機(jī)械系統(tǒng)誤差，但其在機(jī)床運行時表現(xiàn)出來，比較特殊。比較特殊。8.1 概述概述1、幾何誤差和熱誤差補(bǔ)償原理、幾何誤差和熱誤差補(bǔ)償原理 幾何誤差和熱誤差屬于靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)誤差，因此可通過修正插幾何誤差和熱誤差屬于靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)誤差，因此可通過修正插補(bǔ)指令來實現(xiàn)，方法為：補(bǔ)指令來實現(xiàn)，方法為：二、誤差補(bǔ)償原理二、誤差補(bǔ)償原理幾何誤差幾何誤差補(bǔ)償模塊補(bǔ)償模塊伺服伺服驅(qū)動驅(qū)動dCurCmdPosdGerErrDatadTmpErrDa

4、tadRealCmdPos總線總線接口接口 CNC插補(bǔ)指令插補(bǔ)指令位置位置熱誤差熱誤差補(bǔ)償模塊補(bǔ)償模塊8.1 概述概述3cm2、間隙和摩擦誤差補(bǔ)償原理、間隙和摩擦誤差補(bǔ)償原理 由于間隙和摩擦誤差宏觀表現(xiàn)和補(bǔ)償過程有很多相似之處，故由于間隙和摩擦誤差宏觀表現(xiàn)和補(bǔ)償過程有很多相似之處，故經(jīng)常放在一起。經(jīng)常放在一起。8.1 概述概述3cm3、動態(tài)誤差補(bǔ)償原理、動態(tài)誤差補(bǔ)償原理 動態(tài)誤差的產(chǎn)生是機(jī)床運行時，由于伺服系統(tǒng)控制參數(shù)不合理動態(tài)誤差的產(chǎn)生是機(jī)床運行時，由于伺服系統(tǒng)控制參數(shù)不合理或機(jī)械系統(tǒng)擾動造成的，因此補(bǔ)償必須通過或機(jī)械系統(tǒng)擾動造成的，因此補(bǔ)償必須通過伺服參數(shù)優(yōu)化伺服參數(shù)優(yōu)化來解決來解決，伺服

5、參數(shù)包括位置和速度前饋參數(shù)，位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)，伺服參數(shù)包括位置和速度前饋參數(shù)，位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)控制參數(shù)，以及速度和電流濾波參數(shù)等。控制參數(shù)，以及速度和電流濾波參數(shù)等。伺服參數(shù)不合理造成的的誤差伺服參數(shù)不合理造成的的誤差伺服參數(shù)優(yōu)化后結(jié)果伺服參數(shù)優(yōu)化后結(jié)果8.1 概述概述8一、幾何誤差分析與建模一、幾何誤差分析與建模按幾何誤差的類型分類按幾何誤差的類型分類 移動誤差移動誤差 定位誤差，水平直線度定位誤差，水平直線度 垂直直線度垂直直線度 轉(zhuǎn)動誤差轉(zhuǎn)動誤差 滾轉(zhuǎn)誤差，俯仰誤差，偏擺誤差滾轉(zhuǎn)誤差，俯仰誤差，偏擺誤差 任一物體在空間中都具有任一物體在空間中都具有六個自由度六個自由度，即沿空

6、間坐標(biāo)軸，即沿空間坐標(biāo)軸X X、Y Y、Z Z直線方向的直線方向的移動自由度移動自由度和繞這三個坐標(biāo)軸的和繞這三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度轉(zhuǎn)動自由度。以以X X軸為例，移動誤差包括水平直線度誤差，垂直直線度和定位軸為例，移動誤差包括水平直線度誤差，垂直直線度和定位誤差誤差 ，轉(zhuǎn)動誤差包括滾轉(zhuǎn)誤差，俯仰誤差和偏擺誤差。，轉(zhuǎn)動誤差包括滾轉(zhuǎn)誤差，俯仰誤差和偏擺誤差。8.2 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償 幾何誤差分析幾何誤差分析1 1沿沿X X軸移動時，軸移動時，線性位移誤差線性位移誤差x(x)x(x)、Y Y向向直線度誤差直線度誤差y (x)y (x)、Z Z向直向直線度誤差線度誤差z (x)z (x)、滾轉(zhuǎn)

7、誤、滾轉(zhuǎn)誤差差x (x)x (x)、偏擺誤差、偏擺誤差y (x)y (x)和俯仰誤差和俯仰誤差z (x) z (x) ；2 2沿沿Y Y軸移動與沿軸移動與沿Z Z軸移軸移動同理，因此動同理，因此X X、Y Y、Z Z三三個線性軸共有個線性軸共有1818項誤差項誤差3 33 3軸之間的垂直度誤差軸之間的垂直度誤差xyxy、zxzx、yz yz 幾何誤差分析幾何誤差分析三個線性軸共三個線性軸共21項誤差項誤差8.2 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償2. 幾何綜合誤差建模幾何綜合誤差建模 首先根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)類型，建首先根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)類型，建立機(jī)床坐標(biāo)系和各運動部件坐立機(jī)床坐標(biāo)系和各運動部件坐標(biāo)系。標(biāo)系。 然后運

8、用然后運用齊次坐標(biāo)變換方法齊次坐標(biāo)變換方法，計算得到機(jī)床的，計算得到機(jī)床的幾何綜合誤幾何綜合誤差模型：差模型：( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )xxxzyyxzyyyxxxyyzzzzxxxyzyxzxzyzyxyzzxzyxzzxyzyx 8.2 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償 根據(jù)根據(jù)矢量變換原理矢量變換原理，將幾，將幾何綜合誤差模型分解到各個何綜合誤差模型分解到各個軸上。軸上。_( , , )( )( )( )( )( )( )( )( )( )E x y zxyzEx xEy xEz xEx yEy yEz yEx zEy zEz z

9、軸向幾何誤差軸向幾何誤差主要是主要是定位誤差。定位誤差。軸間幾何誤差軸間幾何誤差主要是主要是垂直度誤差垂直度誤差。2. 幾何綜合誤差建模幾何綜合誤差建模軸向誤差軸向誤差軸間誤差軸間誤差8.2 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償1、螺距、螺距/光柵誤差光柵誤差 對于螺距測量，將測量行程對于螺距測量，將測量行程平均分為平均分為N N個點，然后激光干預(yù)個點，然后激光干預(yù)儀運動到第儀運動到第n n個點，獲得此點的個點，獲得此點的正方向誤差，并在該點屢次測量正方向誤差，并在該點屢次測量求誤差平均值，形成雙向誤差補(bǔ)求誤差平均值，形成雙向誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)。償數(shù)據(jù)。二、幾何誤差測量二、幾何誤差測量8.2 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤

10、差補(bǔ)償2、軸向、軸間誤差測量、軸向、軸間誤差測量 右圖是對角線法測量原右圖是對角線法測量原理圖。理圖。 測量測量3 3組對角線，解方組對角線，解方程組，可得到所需的補(bǔ)償程組，可得到所需的補(bǔ)償值：值： E Ex(x)x(x)、 E Ex(y) x(y) 、 E Ex(z) x(z) 、 E Ey(y)y(y)、 E Ey(x)y(x)、 E Ey(z)y(z)、 E Ez(z) z(z) 、 E Ez(x) z(x) 、 E Ez(y)z(y)。 利用激光干預(yù)儀測量機(jī)床各個軸的利用激光干預(yù)儀測量機(jī)床各個軸的2121項幾何誤差項，再經(jīng)過轉(zhuǎn)項幾何誤差項，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換形成單軸誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)和軸關(guān)系誤差補(bǔ)償

11、數(shù)據(jù)。換形成單軸誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)和軸關(guān)系誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)。8.2 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償 首先利用測量得到的數(shù)據(jù)首先利用測量得到的數(shù)據(jù)建立補(bǔ)償表文件建立補(bǔ)償表文件( (文本文件文本文件) )，系統(tǒng)啟動時將補(bǔ)償表文件讀入系統(tǒng)啟動時將補(bǔ)償表文件讀入數(shù)控系統(tǒng)，建立補(bǔ)償數(shù)組。機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，建立補(bǔ)償數(shù)組。機(jī)床返回參考點后，床返回參考點后，利用利用查表查表+ +線性插值線性插值等方法，在每個插補(bǔ)等方法，在每個插補(bǔ)周期對插補(bǔ)指令進(jìn)行修正。周期對插補(bǔ)指令進(jìn)行修正。文件格式：基準(zhǔn)軸、補(bǔ)償軸、初始位置、終點位置、補(bǔ)償點距文件格式：基準(zhǔn)軸、補(bǔ)償軸、初始位置、終點位置、補(bǔ)償點距離、補(bǔ)償點的補(bǔ)償值；離、補(bǔ)償點的補(bǔ)償值；文件可包

12、含多個補(bǔ)償數(shù)組，同一個基準(zhǔn)軸可補(bǔ)償多個補(bǔ)償軸文件可包含多個補(bǔ)償數(shù)組，同一個基準(zhǔn)軸可補(bǔ)償多個補(bǔ)償軸三、幾何誤差補(bǔ)償三、幾何誤差補(bǔ)償8.2 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償方法原理圖幾何誤差補(bǔ)償方法原理圖8.2 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償178.3 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償一、熱誤差的分類一、熱誤差的分類1、按熱誤差的表現(xiàn)分類、按熱誤差的表現(xiàn)分類平移型熱誤差平移型熱誤差 x y y扭轉(zhuǎn)型熱誤差扭轉(zhuǎn)型熱誤差 平移型熱誤差可以通過誤差補(bǔ)償消除平移型熱誤差可以通過誤差補(bǔ)償消除 扭轉(zhuǎn)型熱誤差不可以通過誤差補(bǔ)償消除扭轉(zhuǎn)型熱誤差不可以通過誤差補(bǔ)償消除因此，在機(jī)床設(shè)計時總是希望通過熱均衡結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得熱因此，在機(jī)

13、床設(shè)計時總是希望通過熱均衡結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得熱誤差方向一致，不會發(fā)生扭轉(zhuǎn)型熱誤差誤差方向一致，不會發(fā)生扭轉(zhuǎn)型熱誤差一、熱誤差的分類一、熱誤差的分類2、按熱誤差發(fā)生的部位分類、按熱誤差發(fā)生的部位分類主軸系統(tǒng)熱誤差主軸系統(tǒng)熱誤差 z z進(jìn)給系統(tǒng)熱誤差進(jìn)給系統(tǒng)熱誤差 主軸系統(tǒng)熱誤差與工作臺位置無關(guān)，只與溫度相關(guān)主軸系統(tǒng)熱誤差與工作臺位置無關(guān)，只與溫度相關(guān) 進(jìn)給系統(tǒng)熱誤差除了與溫度相關(guān)之外，還與工作臺的當(dāng)前進(jìn)給系統(tǒng)熱誤差除了與溫度相關(guān)之外，還與工作臺的當(dāng)前位置相關(guān)位置相關(guān)因此，需要根據(jù)不同的熱誤差形式進(jìn)行補(bǔ)償因此，需要根據(jù)不同的熱誤差形式進(jìn)行補(bǔ)償 x8.3 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償二、熱誤差的測量二、熱誤差的

14、測量1、主軸熱變形的測量、主軸熱變形的測量主軸系統(tǒng)熱誤差測量主軸系統(tǒng)熱誤差測量 z z 首先在主軸外表布置多個溫度傳感器首先在主軸外表布置多個溫度傳感器 在主軸端面布置在主軸端面布置非接觸式位移傳感器非接觸式位移傳感器，讓主軸連續(xù)運行，讓主軸連續(xù)運行，同時采集各溫度傳感器溫度信號和位移傳感器位移信號同時采集各溫度傳感器溫度信號和位移傳感器位移信號溫度傳感器溫度傳感器位移傳感器位移傳感器 在主軸端面布置在主軸端面布置接觸式位移傳感器接觸式位移傳感器，讓主軸連續(xù)運行一段，讓主軸連續(xù)運行一段時間后，記錄一次各溫度傳感器數(shù)據(jù)，測量一次熱變形。時間后，記錄一次各溫度傳感器數(shù)據(jù)，測量一次熱變形。8.3 熱

15、誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償8.3 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償二、熱誤差的測量二、熱誤差的測量2、進(jìn)給軸熱變形的測量、進(jìn)給軸熱變形的測量進(jìn)給系統(tǒng)熱誤差測量進(jìn)給系統(tǒng)熱誤差測量 x溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器 首先在絲杠首先在絲杠兩端軸承兩端軸承和和螺母副螺母副處布置溫度傳感器處布置溫度傳感器 讓機(jī)床工作運動一段時間，采用光柵或激光干預(yù)儀測量進(jìn)讓機(jī)床工作運動一段時間，采用光柵或激光干預(yù)儀測量進(jìn)給軸某位置處的定位誤差給軸某位置處的定位誤差三、熱誤差建模三、熱誤差建模 通過熱誤差測量可得到多個測溫點的溫度值和熱誤差值，通過熱誤差測量可得到多個測溫點的溫度值和熱誤差值，由于測溫點比較多，

16、所以需要對測溫點進(jìn)行優(yōu)化，找出熱敏感由于測溫點比較多，所以需要對測溫點進(jìn)行優(yōu)化，找出熱敏感點，然后用線性回歸的方法建立誤差值與熱敏感點之間的函數(shù)點，然后用線性回歸的方法建立誤差值與熱敏感點之間的函數(shù)關(guān)系。關(guān)系。模糊聚類方法模糊聚類方法優(yōu)化測溫點優(yōu)化測溫點00( )( ).()xxKK TtgtPP8.3 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償四、熱誤差補(bǔ)償方法四、熱誤差補(bǔ)償方法指令位置指令位置顯示位置顯示位置電機(jī)指令位置電機(jī)指令位置運動控制運動控制K0、tan、P0位置反饋位置反饋+-選擇開關(guān)選擇開關(guān)RS232PLC溫度采集溫度采集獨立獨立補(bǔ)償裝置補(bǔ)償裝置 熱誤差補(bǔ)償模塊結(jié)構(gòu)框圖熱誤差補(bǔ)償模塊結(jié)構(gòu)框圖8.3 熱

17、誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償五、熱誤差補(bǔ)償實驗五、熱誤差補(bǔ)償實驗 熱誤差補(bǔ)償現(xiàn)場熱誤差補(bǔ)償現(xiàn)場 0-4 0-4通道測溫點數(shù)據(jù)和主軸熱誤差數(shù)據(jù)通道測溫點數(shù)據(jù)和主軸熱誤差數(shù)據(jù) 熱誤差補(bǔ)償結(jié)果熱誤差補(bǔ)償結(jié)果 Z=-82.0940-0.5159T1-0.3879T3+6.4780T98.3 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償25一、間隙產(chǎn)生原因及影響一、間隙產(chǎn)生原因及影響產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 機(jī)床滾珠絲杠與螺母副之間存機(jī)床滾珠絲杠與螺母副之間存在間隙，不能緊密接觸，產(chǎn)生在間隙，不能緊密接觸，產(chǎn)生軸竄動。軸竄動。 隨著機(jī)床的使用，磨損逐漸加隨著機(jī)床的使用，磨損逐漸加劇，產(chǎn)生間隙。劇，產(chǎn)生間隙。影響：影響： 工作臺反向運動時電機(jī)

18、空轉(zhuǎn)而工作臺反向運動時電機(jī)空轉(zhuǎn)而工作臺并不運動，造成工作臺并不運動，造成D/2D/2的定位誤差，影響機(jī)床精度的定位誤差，影響機(jī)床精度 間隙過大時，動態(tài)響應(yīng)特性變間隙過大時，動態(tài)響應(yīng)特性變差差,發(fā)生振蕩發(fā)生振蕩解決方案：解決方案： 采用高精度的滾珠絲杠采用高精度的滾珠絲杠 安裝絲杠時進(jìn)行預(yù)緊安裝絲杠時進(jìn)行預(yù)緊 用數(shù)控系統(tǒng)指令補(bǔ)償間隙用數(shù)控系統(tǒng)指令補(bǔ)償間隙8.4 間隙誤差補(bǔ)償間隙誤差補(bǔ)償無間隙無間隙二、間隙誤差的測量二、間隙誤差的測量 根據(jù)光柵反響值與位置指令之差，測得機(jī)床反向間隙誤差根據(jù)光柵反響值與位置指令之差，測得機(jī)床反向間隙誤差D反向間隙測量反向間隙測量 根據(jù)激光干預(yù)儀測得的機(jī)床實際位置與位

19、置指令之差，測根據(jù)激光干預(yù)儀測得的機(jī)床實際位置與位置指令之差，測得機(jī)床反向間隙誤差得機(jī)床反向間隙誤差D8.4 間隙誤差補(bǔ)償間隙誤差補(bǔ)償三、間隙誤差的補(bǔ)償三、間隙誤差的補(bǔ)償 正向正向負(fù)向時，全部行程之內(nèi)都補(bǔ)償負(fù)向時，全部行程之內(nèi)都補(bǔ)償D/2 負(fù)向負(fù)向正向時，全部行程之內(nèi)都補(bǔ)償正向時，全部行程之內(nèi)都補(bǔ)償-D/21、間隙較小時的補(bǔ)償方法、間隙較小時的補(bǔ)償方法正向運動正向運動反向運動反向運動時間時間補(bǔ)償值補(bǔ)償值-D/2-D/2D/2D/28.4 間隙誤差補(bǔ)償間隙誤差補(bǔ)償 當(dāng)當(dāng)D較大時，會造成電機(jī)加速度過大，系統(tǒng)不平穩(wěn)，產(chǎn)生較大時，會造成電機(jī)加速度過大，系統(tǒng)不平穩(wěn)，產(chǎn)生振蕩；控制器產(chǎn)生飽和現(xiàn)象；產(chǎn)生跟隨

20、誤差。振蕩；控制器產(chǎn)生飽和現(xiàn)象；產(chǎn)生跟隨誤差。間隙補(bǔ)償值變化情況間隙補(bǔ)償值變化情況解決方案：解決方案： 間隙補(bǔ)償量增量式增長：在一間隙補(bǔ)償量增量式增長：在一定的插補(bǔ)周期內(nèi)，逐步增加補(bǔ)償定的插補(bǔ)周期內(nèi)，逐步增加補(bǔ)償量，實現(xiàn)補(bǔ)償值的跳躍，而防止量，實現(xiàn)補(bǔ)償值的跳躍，而防止了一個周期內(nèi)補(bǔ)償值大的變化。了一個周期內(nèi)補(bǔ)償值大的變化。2、間隙較大時的補(bǔ)償方法、間隙較大時的補(bǔ)償方法8.4 間隙誤差補(bǔ)償間隙誤差補(bǔ)償 間隙補(bǔ)償過程中，補(bǔ)償量的符號會在反向點處發(fā)生變化，間隙補(bǔ)償過程中，補(bǔ)償量的符號會在反向點處發(fā)生變化，因此準(zhǔn)確地判斷反向點至關(guān)重要。因此準(zhǔn)確地判斷反向點至關(guān)重要。 根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部提供的位置插補(bǔ)命令

21、，可以準(zhǔn)確判斷反根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部提供的位置插補(bǔ)命令，可以準(zhǔn)確判斷反向點。向點。 當(dāng)前插補(bǔ)周期的位置命令為當(dāng)前插補(bǔ)周期的位置命令為yi yi，上一插補(bǔ)周期的位置插補(bǔ)，上一插補(bǔ)周期的位置插補(bǔ)命令為命令為yi-1yi-1； =yi- yi-1=yi- yi-10 0 工作臺正向運動工作臺正向運動; ; 0,=變?yōu)樽優(yōu)?，或由，或由= 那么認(rèn)為發(fā)生反向，該點可以認(rèn)為是反向點。那么認(rèn)為發(fā)生反向，該點可以認(rèn)為是反向點。四、反向點的判斷四、反向點的判斷8.4 間隙誤差補(bǔ)償間隙誤差補(bǔ)償仿真實驗結(jié)果比照：仿真實驗結(jié)果比照：補(bǔ)償前，編碼器位置信號補(bǔ)償前，編碼器位置信號輪廓精度較好，光柵位輪廓精度較好，光柵位置信號

22、輪廓誤差較大置信號輪廓誤差較大補(bǔ)償后，光柵位置信號誤補(bǔ)償后，光柵位置信號誤差較小差較小機(jī)床實驗結(jié)果比照：機(jī)床實驗結(jié)果比照：相比于補(bǔ)償前，補(bǔ)償后誤相比于補(bǔ)償前，補(bǔ)償后誤差校正量正確地施加于差校正量正確地施加于系統(tǒng)中系統(tǒng)中五、間隙補(bǔ)償驗證五、間隙補(bǔ)償驗證8.4 間隙誤差補(bǔ)償間隙誤差補(bǔ)償32 工作臺低速運動時，靜摩擦占工作臺低速運動時，靜摩擦占主導(dǎo)地位。主導(dǎo)地位。 工作臺速度較高時，表達(dá)為與工作臺速度較高時，表達(dá)為與方向相關(guān)的庫侖摩擦和與速度相方向相關(guān)的庫侖摩擦和與速度相關(guān)的粘性摩擦關(guān)的粘性摩擦(阻尼阻尼)。 兩者之間呈現(xiàn)劇烈的非線性特兩者之間呈現(xiàn)劇烈的非線性特性。性。Stribeck摩擦力模型摩擦

23、力模型一、摩擦力特性分析一、摩擦力特性分析8.5 摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)二、摩擦誤差產(chǎn)生原因二、摩擦誤差產(chǎn)生原因 高速時高速時，速度指令大，速度指令大電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于摩擦力，不會造成摩擦電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于摩擦力，不會造成摩擦誤差。誤差。低速時低速時，速度指令小，速度指令小電機(jī)轉(zhuǎn)矩小，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)轉(zhuǎn)矩小，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于摩擦力時，電機(jī)在旋轉(zhuǎn)，但工作臺并不運動，造成摩擦力時，電機(jī)在旋轉(zhuǎn)，但工作臺并不運動，造成摩擦誤差摩擦誤差 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于摩擦力時，能量被傳動系統(tǒng)彈性環(huán)節(jié)儲存起當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于摩擦力時，能量被傳動系統(tǒng)彈性環(huán)節(jié)儲存起來，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于摩擦力時，由于靜摩擦力大于動摩擦力來，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩

24、大于摩擦力時，由于靜摩擦力大于動摩擦力使得能量釋放，造成使得能量釋放，造成系統(tǒng)振蕩。系統(tǒng)振蕩。8.5 摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)二、摩擦誤差產(chǎn)生原因二、摩擦誤差產(chǎn)生原因 工作臺改變方向時速度為工作臺改變方向時速度為0 0，靜摩擦力最大，摩擦誤差最大，靜摩擦力最大，摩擦誤差最大，因此常把摩擦誤差稱為過象限誤差，摩擦誤差補(bǔ)償也通常從因此常把摩擦誤差稱為過象限誤差，摩擦誤差補(bǔ)償也通常從反向點處開始。反向點處開始。摩擦導(dǎo)致的過象限誤差摩擦導(dǎo)致的過象限誤差8.5 摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)三、減小摩擦誤差的方法三、減小摩擦誤差的方法1、減小傳動系統(tǒng)摩擦力、減小傳動系統(tǒng)摩擦力 采用滾動導(dǎo)軌、液

25、體靜壓導(dǎo)軌、空氣靜壓導(dǎo)軌或磁懸浮導(dǎo)軌采用滾動導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌、空氣靜壓導(dǎo)軌或磁懸浮導(dǎo)軌減小系統(tǒng)摩擦力，同時降低動摩擦和靜摩擦力差異，提高進(jìn)給減小系統(tǒng)摩擦力，同時降低動摩擦和靜摩擦力差異，提高進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)性能。但采用高性能導(dǎo)軌將極大地提高機(jī)床本錢。系統(tǒng)動態(tài)性能。但采用高性能導(dǎo)軌將極大地提高機(jī)床本錢。2、提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)剛度、提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)剛度 通過提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)的位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)剛度，當(dāng)通過提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)的位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)剛度，當(dāng)摩擦誤差產(chǎn)生時，小的誤差信號能夠及時、足夠地調(diào)整到電機(jī)摩擦誤差產(chǎn)生時，小的誤差信號能夠及時、足夠地調(diào)整到電機(jī)驅(qū)動電流。但高剛度容易引起系統(tǒng)振蕩。驅(qū)動

26、電流。但高剛度容易引起系統(tǒng)振蕩。 減小伺服驅(qū)動器各控制環(huán)的控制周期也有利于提高系統(tǒng)的響減小伺服驅(qū)動器各控制環(huán)的控制周期也有利于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但減小控制周期對數(shù)控裝置的硬件性能要求較高。應(yīng)速度。但減小控制周期對數(shù)控裝置的硬件性能要求較高。8.5 摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)1) 摩擦補(bǔ)償原理摩擦補(bǔ)償原理 在機(jī)床反向處的短暫時間內(nèi)，向各控制環(huán)施加補(bǔ)償量，增加在機(jī)床反向處的短暫時間內(nèi)，向各控制環(huán)施加補(bǔ)償量，增加電機(jī)轉(zhuǎn)矩以克服摩擦力。補(bǔ)償量施加的位置有：電機(jī)轉(zhuǎn)矩以克服摩擦力。補(bǔ)償量施加的位置有：位置環(huán)：施加位置校正量，系統(tǒng)響應(yīng)較慢，動態(tài)特性較差；位置環(huán)：施加位置校正量，系統(tǒng)響應(yīng)較慢，動態(tài)特性

27、較差；速度環(huán)：施加速度校正量，增加電機(jī)輸出扭矩，效果較好；速度環(huán)：施加速度校正量，增加電機(jī)輸出扭矩，效果較好；電流環(huán)：施加電流補(bǔ)償量，直接校正扭矩，抗干擾能力差；電流環(huán)：施加電流補(bǔ)償量，直接校正扭矩，抗干擾能力差；3、摩擦誤差補(bǔ)償、摩擦誤差補(bǔ)償8.5 摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)2) 摩擦補(bǔ)償方法摩擦補(bǔ)償方法 恒值摩擦補(bǔ)償：恒值摩擦補(bǔ)償：補(bǔ)償時間內(nèi)摩擦補(bǔ)償值為穩(wěn)定不變的數(shù)值，補(bǔ)償時間內(nèi)摩擦補(bǔ)償值為穩(wěn)定不變的數(shù)值，不隨外界條件的改變而變化。不隨外界條件的改變而變化。 自適應(yīng)摩擦補(bǔ)償：自適應(yīng)摩擦補(bǔ)償：在數(shù)控機(jī)床的允許加速度范圍內(nèi)，摩擦的在數(shù)控機(jī)床的允許加速度范圍內(nèi)，摩擦的補(bǔ)償量根據(jù)加工參數(shù)，自

28、動變化并取得最優(yōu)補(bǔ)償值。補(bǔ)償量根據(jù)加工參數(shù)，自動變化并取得最優(yōu)補(bǔ)償值。xdFriCompMaaa1xdFriCompMa23)(aaaxdFriCompMandFriCompMixdFriCompMandFriCompMi0aa1a1aa2a2aa38.5 摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)3) 摩擦補(bǔ)償實驗論證摩擦補(bǔ)償實驗論證實驗對象實驗對象大連機(jī)床廠車銑復(fù)合中心大連機(jī)床廠車銑復(fù)合中心補(bǔ)償前補(bǔ)償前Delta R=14.529m補(bǔ)償后補(bǔ)償后Delta R=3.956m8.5 摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)摩擦誤差補(bǔ)償技術(shù)Gf一、根本概念一、根本概念8.6 伺服參數(shù)優(yōu)化伺服參數(shù)優(yōu)化1、伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制參數(shù)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制參數(shù)位置環(huán)增益位置環(huán)增益P電流環(huán)電流環(huán)P或或PI速度環(huán)速度環(huán)PI前饋系數(shù)前饋系數(shù)數(shù)控機(jī)床通過調(diào)節(jié)三個控制環(huán)參數(shù)和前饋系數(shù)來調(diào)整動態(tài)性能數(shù)控機(jī)床通過調(diào)節(jié)三個控制