第6章數(shù)控技術(shù)

1、16-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)6-2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6-3 伺服參數(shù)的優(yōu)化伺服參數(shù)的優(yōu)化6-4 誤差補(bǔ)償概述誤差補(bǔ)償概述6-5 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償6-6 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償6-7 動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹碌诹?伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償26-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 按控制信號(hào)的形式和位置控制器所處的位置，按控制信號(hào)的形式和位置控制器所處的位置，CNC系統(tǒng)的位系統(tǒng)的位置控制有三種形式：置控制有三種形式： 開環(huán)脈沖位置控制開環(huán)脈沖位置控制 總線式（分散）位置控制總線式（分散）位置控制

2、集中式位置控制集中式位置控制 位置控制由全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，位置控制由全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)， CNC通過脈沖指令來(lái)實(shí)現(xiàn)位置控制通過脈沖指令來(lái)實(shí)現(xiàn)位置控制 位置控制由位置控制由CNC裝置實(shí)現(xiàn)裝置實(shí)現(xiàn)第六章第六章 伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償31. 開環(huán)脈沖位置控制開環(huán)脈沖位置控制步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)電機(jī)工作臺(tái)工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器指令指令脈沖脈沖CNC 電機(jī)的工作方式為位置控制，電機(jī)的工作方式為位置控制，CNC通過脈沖指令來(lái)實(shí)現(xiàn)位通過脈沖指令來(lái)實(shí)現(xiàn)位置控制，其發(fā)送到電機(jī)的脈沖的累計(jì)就是機(jī)床的位置。置控制，其發(fā)送到電機(jī)的脈沖的累計(jì)就是機(jī)床的位置。 CNC裝置需要對(duì)每個(gè)脈沖

3、進(jìn)行處理，占據(jù)大連時(shí)間。有些裝置需要對(duì)每個(gè)脈沖進(jìn)行處理，占據(jù)大連時(shí)間。有些CNC采用硬件脈沖發(fā)生器，采用硬件脈沖發(fā)生器，CNC按照下一時(shí)刻機(jī)床應(yīng)達(dá)到的位按照下一時(shí)刻機(jī)床應(yīng)達(dá)到的位置（粗插補(bǔ)）計(jì)算脈沖的頻率和個(gè)數(shù)，硬件脈沖發(fā)生器按設(shè)定置（粗插補(bǔ)）計(jì)算脈沖的頻率和個(gè)數(shù)，硬件脈沖發(fā)生器按設(shè)定頻率產(chǎn)生相應(yīng)脈沖（精插補(bǔ)），節(jié)省大量頻率產(chǎn)生相應(yīng)脈沖（精插補(bǔ)），節(jié)省大量CPU時(shí)間，控制速度時(shí)間，控制速度大大提升。（可用大大提升。（可用FPGA實(shí)現(xiàn)）實(shí)現(xiàn)）6-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)42. 分散（總線式）位置控制分散（總線式）位置控制 機(jī)床各軸的位置控制由各軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，機(jī)床各

4、軸的位置控制由各軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，CNC只需只需通過高速伺服總線實(shí)現(xiàn)通過高速伺服總線實(shí)現(xiàn)CNC與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。CNC交流伺服驅(qū)動(dòng)器交流伺服驅(qū)動(dòng)器速度速度控制控制電流電流控制控制位置位置控制控制指令指令位置位置變換變換調(diào)制調(diào)制d/dt伺服伺服電機(jī)電機(jī)工作臺(tái)工作臺(tái)位置位置反饋反饋6-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)53. 集中式位置控制集中式位置控制 各軸的位置控制均由各軸的位置控制均由CNC裝置實(shí)現(xiàn)，其控制方裝置實(shí)現(xiàn)，其控制方法和原理與交流伺服驅(qū)動(dòng)器的位置控制一樣，采樣法和原理與交流伺服驅(qū)動(dòng)器的位置控制一樣，采樣比例增益控制，輸出為模擬量速

5、度信號(hào)。比例增益控制，輸出為模擬量速度信號(hào)。6-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)CNC伺服驅(qū)動(dòng)器伺服驅(qū)動(dòng)器速度速度控制控制電流電流控制控制變換變換調(diào)制調(diào)制d/dt伺服伺服電機(jī)電機(jī)工作臺(tái)工作臺(tái)D/AA/D位置位置反饋反饋位置位置控制控制插補(bǔ)插補(bǔ)位置位置6全閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)框圖全閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)框圖 (s)u(z)伺服伺服電機(jī)電機(jī)KPPEp(z)s1Y(s)GJ(s)Gv(z)機(jī)械機(jī)械傳動(dòng)傳動(dòng)GD(s)Ev(z)Y(z)4. 進(jìn)給系統(tǒng)總體控制系統(tǒng)框圖進(jìn)給系統(tǒng)總體控制系統(tǒng)框圖6-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)7伺服伺服電機(jī)電機(jī)機(jī)械機(jī)械傳動(dòng)傳動(dòng)

6、 (s)u(z)KPPEp(z)s1Y(s)GJ(s)Gv(z)GD(s)Ev(z)Kn (z)Y(z)半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)框圖半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)框圖4. 進(jìn)給系統(tǒng)總體控制系統(tǒng)框圖進(jìn)給系統(tǒng)總體控制系統(tǒng)框圖6-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)86-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)6-2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6-3 伺服參數(shù)的優(yōu)化伺服參數(shù)的優(yōu)化6-4 誤差補(bǔ)償概述誤差補(bǔ)償概述6-5 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償6-6 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償6-7 動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹碌诹?伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)

7、償96-2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)示意圖進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)示意圖 (t)S(t)x(t)KSKjBjJSBSMF(t)1. 1. 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 絲杠上的動(dòng)力學(xué)方程為：絲杠上的動(dòng)力學(xué)方程為：)()()()(ttiKtBtJssssss 工作臺(tái)的動(dòng)力學(xué)方程為：工作臺(tái)的動(dòng)力學(xué)方程為：( )( )( )( )( )jjssMx tB x tK Ttx tF tTs10)()()()(2sKsiKssBssJsssssss2( )( )( )( )jjssjMX s sB X s sK TsK X s22( )( )( )()()ssj

8、jjjsssiT K KX sG ssMsB sKJ sB sK在零初始條件下忽略系統(tǒng)的干擾力，進(jìn)行拉氏變換可得：在零初始條件下忽略系統(tǒng)的干擾力，進(jìn)行拉氏變換可得：電機(jī)轉(zhuǎn)角到工作臺(tái)位移輸出的傳遞函數(shù)：電機(jī)轉(zhuǎn)角到工作臺(tái)位移輸出的傳遞函數(shù)：6-2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型11 由于機(jī)械系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度而引起的慣性力矩和阻尼力矩的變由于機(jī)械系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度而引起的慣性力矩和阻尼力矩的變化很小，可以忽略，可以認(rèn)為：化很小，可以忽略，可以認(rèn)為： )()(2tiJtJsss )()(tiBtBsss2( )( )( )()sjsjjsjiK TX sG ssMsB sK則：則： 6-2 進(jìn)

9、給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型122.2.進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖(PI(PI控制控制) ) 6-2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型13 0.02 0.04 0.063021060240902701203001503301800輪 廓 誤 差 極 坐 標(biāo) 圖 picangle /deg wr基 圓 0.02 0.04 0.063021060240902701203001503301800輪 廓 誤 差 極 坐 標(biāo) 圖 picangle /deg wr基 圓X-Y軸圓運(yùn)動(dòng)誤差曲線軸圓運(yùn)動(dòng)誤差曲線

10、V=0.5m/minV=1m/min3. 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的響應(yīng)誤差進(jìn)給伺服系統(tǒng)的響應(yīng)誤差高速引起的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)對(duì)機(jī)床精度的影響更加顯著高速引起的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)對(duì)機(jī)床精度的影響更加顯著.6-2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型14加減速引起的插補(bǔ)誤差對(duì)機(jī)床精度的影響非常顯著加減速引起的插補(bǔ)誤差對(duì)機(jī)床精度的影響非常顯著. 0.5 1 1.53021060240902701203001503301800輪 廓 誤 差 極 坐 標(biāo) 圖 picangle /deg wr基 圓 1 2 3 43021060240902701203001503301800輪 廓 誤 差 極 坐 標(biāo) 圖 picangle

11、 /deg wr基 圓X-Y軸圓運(yùn)動(dòng)誤差曲線軸圓運(yùn)動(dòng)誤差曲線 V=5m/minV=10m/min3. 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的響應(yīng)誤差進(jìn)給伺服系統(tǒng)的響應(yīng)誤差6-2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型156-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)6-2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6-3 伺服參數(shù)的優(yōu)化伺服參數(shù)的優(yōu)化6-4 誤差補(bǔ)償概述誤差補(bǔ)償概述6-5 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償6-6 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償6-7 動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹碌诹?伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償166-7 伺服參數(shù)優(yōu)化伺服參數(shù)優(yōu)化一、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制參數(shù)一、伺服驅(qū)動(dòng)系

12、統(tǒng)的控制參數(shù)位置環(huán)增益KpKp電流環(huán)增益增益KiP速度環(huán)增益速度環(huán)增益KvP速度環(huán)積分增益速度環(huán)積分增益和時(shí)間常數(shù)和時(shí)間常數(shù)前饋系數(shù)各環(huán)控制周期各環(huán)濾波器參數(shù)176-7 伺服參數(shù)優(yōu)化伺服參數(shù)優(yōu)化 各軸伺服參數(shù)不匹各軸伺服參數(shù)不匹配或參數(shù)或設(shè)置不當(dāng)產(chǎn)配或參數(shù)或設(shè)置不當(dāng)產(chǎn)生的誤差生的誤差 1 2 3 43021060240902701203001503301800輪 廓 誤 差 極 坐 標(biāo) 圖 picangle /deg wr基 圓18二、伺服參數(shù)優(yōu)化方法二、伺服參數(shù)優(yōu)化方法1、手動(dòng)調(diào)整控制環(huán)參數(shù)、手動(dòng)調(diào)整控制環(huán)參數(shù) 保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，提高其比例增益，減小位置偏差保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，提高

13、其比例增益，減小位置偏差 多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)行時(shí)，位置環(huán)比例增益保持一致，使得輪廓誤差多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)行時(shí)，位置環(huán)比例增益保持一致，使得輪廓誤差降低，避免伺服不匹配現(xiàn)象的產(chǎn)生降低，避免伺服不匹配現(xiàn)象的產(chǎn)生 適當(dāng)設(shè)定積分系數(shù)，減小穩(wěn)態(tài)誤差適當(dāng)設(shè)定積分系數(shù)，減小穩(wěn)態(tài)誤差 施加電子濾波器，抑制系統(tǒng)諧振施加電子濾波器，抑制系統(tǒng)諧振2、遺傳算法智能整定控制參數(shù)、遺傳算法智能整定控制參數(shù)6-7 伺服參數(shù)優(yōu)化伺服參數(shù)優(yōu)化19三、西門子三、西門子840D系統(tǒng)的伺服參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的伺服參數(shù)優(yōu)化1、需要優(yōu)化的參數(shù)、需要優(yōu)化的參數(shù) 電流環(huán)參數(shù)的優(yōu)化電流環(huán)參數(shù)的優(yōu)化 MD1120 MD1120 電流環(huán)增益電流環(huán)增益 速度環(huán)參數(shù)的優(yōu)化

14、速度環(huán)參數(shù)的優(yōu)化 MD1407 MD1407 速度環(huán)增益速度環(huán)增益 為了抑制頻率響應(yīng)中的峰尖，通過施加電流濾波器（帶通和為了抑制頻率響應(yīng)中的峰尖，通過施加電流濾波器（帶通和帶阻）消除，帶阻）消除，MD1200 MD1225MD1200 MD1225。 位置環(huán)參數(shù)的優(yōu)化位置環(huán)參數(shù)的優(yōu)化 MD32200 MD32200 位置環(huán)增益位置環(huán)增益 MD1121 MD1121 電流環(huán)積分時(shí)間電流環(huán)積分時(shí)間 MD1409 MD1409 速度環(huán)積分時(shí)間速度環(huán)積分時(shí)間6-7 伺服參數(shù)優(yōu)化伺服參數(shù)優(yōu)化20三、西門子三、西門子840D系統(tǒng)的伺服參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的伺服參數(shù)優(yōu)化2、優(yōu)化流程、優(yōu)化流程6-7 伺服參數(shù)優(yōu)化伺服

15、參數(shù)優(yōu)化21三、西門子三、西門子840D系統(tǒng)的伺服參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的伺服參數(shù)優(yōu)化6-7 伺服參數(shù)優(yōu)化伺服參數(shù)優(yōu)化22優(yōu)化前球桿儀測(cè)試結(jié)果優(yōu)化前球桿儀測(cè)試結(jié)果優(yōu)化后球桿儀測(cè)試結(jié)果優(yōu)化后球桿儀測(cè)試結(jié)果優(yōu)化后系統(tǒng)圓度測(cè)試結(jié)果優(yōu)化后系統(tǒng)圓度測(cè)試結(jié)果諧振得到抑制諧振得到抑制動(dòng)態(tài)性能提高動(dòng)態(tài)性能提高3、優(yōu)化結(jié)果、優(yōu)化結(jié)果6-7 伺服參數(shù)優(yōu)化伺服參數(shù)優(yōu)化236-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)6-2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6-3 伺服參數(shù)的優(yōu)化伺服參數(shù)的優(yōu)化6-4 誤差補(bǔ)償概述誤差補(bǔ)償概述6-5 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償6-6 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償6-7 動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償動(dòng)態(tài)誤

16、差補(bǔ)償?shù)诹碌诹?伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償246-3 誤差補(bǔ)償概述誤差補(bǔ)償概述一、誤差補(bǔ)償?shù)囊饬x一、誤差補(bǔ)償?shù)囊饬x 精度是機(jī)床的基礎(chǔ)，提高數(shù)控機(jī)床的精度首先是提高機(jī)床精度是機(jī)床的基礎(chǔ)，提高數(shù)控機(jī)床的精度首先是提高機(jī)床各部件的制造和裝配精度以及動(dòng)態(tài)性能，但機(jī)械精度提高到一各部件的制造和裝配精度以及動(dòng)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，或者成本太高難以應(yīng)用。因此通過定程度后就很難再提高了，或者成本太高難以應(yīng)用。因此通過數(shù)控系統(tǒng)對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償是有效和經(jīng)濟(jì)的途徑。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償是有效和經(jīng)濟(jì)的途徑。 對(duì)于動(dòng)、靜摩擦力的差異、熱脹冷縮等自然現(xiàn)象產(chǎn)生的誤對(duì)于動(dòng)、靜

17、摩擦力的差異、熱脹冷縮等自然現(xiàn)象產(chǎn)生的誤差，無(wú)法通過提高制造精度的方法來(lái)消除，只能通過補(bǔ)償?shù)姆讲?，無(wú)法通過提高制造精度的方法來(lái)消除，只能通過補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)減小其誤差法來(lái)減小其誤差 反饋控制算法穩(wěn)定性好、適應(yīng)性好，但也造成一定的跟蹤反饋控制算法穩(wěn)定性好、適應(yīng)性好，但也造成一定的跟蹤誤差，必須通過補(bǔ)償技術(shù)來(lái)減小。誤差，必須通過補(bǔ)償技術(shù)來(lái)減小。25 機(jī)床誤差包括機(jī)床誤差包括幾何誤差幾何誤差、熱誤差熱誤差、摩擦誤差摩擦誤差和和伺服誤差伺服誤差 四四類。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、熱誤差幾何誤差、熱誤差屬于屬于機(jī)床機(jī)床本體

18、誤差本體誤差，摩擦誤差和伺服誤差摩擦誤差和伺服誤差屬于屬于機(jī)床運(yùn)行誤差機(jī)床運(yùn)行誤差。n 按誤差的性質(zhì)分類按誤差的性質(zhì)分類 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：幾何誤差幾何誤差屬于屬于靜態(tài)誤差靜態(tài)誤差，熱誤熱誤差差屬于屬于準(zhǔn)靜態(tài)誤差準(zhǔn)靜態(tài)誤差，摩擦誤差和伺服誤差摩擦誤差和伺服誤差屬于屬于動(dòng)態(tài)誤差動(dòng)態(tài)誤差，在機(jī)床，在機(jī)床運(yùn)行時(shí)才表現(xiàn)出來(lái)，比較特殊。運(yùn)行時(shí)才表現(xiàn)出來(lái)，比較特殊。6-3 誤差補(bǔ)償概述誤差補(bǔ)償概述二、機(jī)床誤差的分類二、機(jī)床誤差的分類26三、總線式數(shù)控系統(tǒng)誤差補(bǔ)償總體構(gòu)架三、總線式數(shù)控系統(tǒng)誤差補(bǔ)償總體構(gòu)架a) CNC補(bǔ)償模塊總體框圖補(bǔ)償模塊總體框圖 幾何誤差幾何誤差補(bǔ)償模塊

19、補(bǔ)償模塊伺服伺服驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)dCurCmdPosdGerErrDatadTmpErrDatadRealCmdPos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6-3 誤差補(bǔ)償概述誤差補(bǔ)償概述27b) 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中誤差補(bǔ)償模塊總體框圖伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中誤差補(bǔ)償模塊總體框圖電機(jī)電機(jī)速度速度控制控制電流電流控制控制位置位置控制控制1/s前饋控制前饋控制間隙補(bǔ)償間隙補(bǔ)償總線總線接口接口指令位置序列指令位置序列摩擦補(bǔ)償摩擦補(bǔ)償6-3 誤差補(bǔ)償概述誤差補(bǔ)償概述286-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)6-2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6-3 伺服參

20、數(shù)的優(yōu)化伺服參數(shù)的優(yōu)化6-4 誤差補(bǔ)償概述誤差補(bǔ)償概述6-5 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償6-6 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償6-7 動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹碌诹?伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償296-4-1 幾何誤差分析幾何誤差分析按幾何誤差的類型分類按幾何誤差的類型分類 移動(dòng)誤差移動(dòng)誤差 定位誤差（軸向）定位誤差（軸向） 直線度誤差（直線度誤差（2個(gè)方向）個(gè)方向） 轉(zhuǎn)動(dòng)誤差轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)自由度六個(gè)自由度，即沿空間坐標(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(dòng)

21、自由度移動(dòng)自由度和繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的和繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。以以X X軸為例，移動(dòng)誤差包括水平直線度誤差，垂直直線度和定位軸為例，移動(dòng)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(dòng)誤差包括滾轉(zhuǎn)誤差，俯仰誤差和偏擺誤差。，轉(zhuǎn)動(dòng)誤差包括滾轉(zhuǎn)誤差，俯仰誤差和偏擺誤差。6- 4 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償301 1）沿）沿X X軸移動(dòng)時(shí)，軸移動(dòng)時(shí)，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)誤差、滾轉(zhuǎn)誤差x(x)x(x)、偏擺誤差、偏擺誤差y(x)y(x)和俯和俯仰誤差仰誤差z(x)

22、 z(x) 2 2）沿）沿Y Y軸移動(dòng)與沿軸移動(dòng)與沿Z Z軸移軸移動(dòng)同理，因此動(dòng)同理，因此X X、Y Y、Z Z三三個(gè)線性軸共有個(gè)線性軸共有1818項(xiàng)誤差項(xiàng)誤差3 3）3 3軸之間的垂直度誤差軸之間的垂直度誤差xyxy、zxzx、yz yz 三個(gè)線性軸共三個(gè)線性軸共2121項(xiàng)誤差，項(xiàng)誤差，5 5軸機(jī)床誤差項(xiàng)更多軸機(jī)床誤差項(xiàng)更多6-4-1 幾何誤差分析與建模幾何誤差分析與建模31316-4-2 840D數(shù)控系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償840D的垂度誤差補(bǔ)償?shù)拇苟日`差補(bǔ)償 840D單軸位置誤差補(bǔ)償單軸位置誤差補(bǔ)償 并非并非21誤差都能補(bǔ)償誤差都能補(bǔ)償 基準(zhǔn)軸選擇非常重要，不同的機(jī)床要選擇不

23、同的基準(zhǔn)軸基準(zhǔn)軸選擇非常重要，不同的機(jī)床要選擇不同的基準(zhǔn)軸6- 4 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償32 首先利用測(cè)量得到的數(shù)據(jù)首先利用測(cè)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(dòng)時(shí)將補(bǔ)償表文件讀入系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)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(diǎn)后，床返回參考點(diǎn)后，利用利用查表查表+ +線性插值線性插值等方法，在每個(gè)插補(bǔ)等方法，在每個(gè)插補(bǔ)周期對(duì)插補(bǔ)指令進(jìn)行修正。周期對(duì)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(diǎn)位置、補(bǔ)償點(diǎn)距文件格式：基準(zhǔn)軸、補(bǔ)償軸、初始位置、終點(diǎn)位置、補(bǔ)償點(diǎn)距離、補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償值；離、補(bǔ)償點(diǎn)的

24、補(bǔ)償值； 文件可包含多個(gè)補(bǔ)償數(shù)組，同一個(gè)基準(zhǔn)軸可補(bǔ)償多個(gè)補(bǔ)償軸，文件可包含多個(gè)補(bǔ)償數(shù)組，同一個(gè)基準(zhǔn)軸可補(bǔ)償多個(gè)補(bǔ)償軸，同一個(gè)補(bǔ)償軸也可采用多個(gè)基準(zhǔn)軸分別補(bǔ)償（線性疊加）。同一個(gè)補(bǔ)償軸也可采用多個(gè)基準(zhǔn)軸分別補(bǔ)償（線性疊加）。1. 840D的幾何誤差補(bǔ)償方法的幾何誤差補(bǔ)償方法6-4-2 840D數(shù)控系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償33幾何誤差補(bǔ)償框圖幾何誤差補(bǔ)償框圖X光柵計(jì)數(shù)器光柵計(jì)數(shù)器X(顯示顯示)坐標(biāo)坐標(biāo)PXZ光柵計(jì)數(shù)器光柵計(jì)數(shù)器Y光柵計(jì)數(shù)器光柵計(jì)數(shù)器Y編碼器計(jì)數(shù)器編碼器計(jì)數(shù)器X編碼器計(jì)數(shù)器編碼器計(jì)數(shù)器Z編碼器計(jì)數(shù)器編碼器計(jì)數(shù)器選擇選擇sX3選擇選擇sX1101010XT1dx_Xdx_Z

25、dx_YX運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器控制器X插補(bǔ)插補(bǔ)指令指令X測(cè)量誤差測(cè)量誤差補(bǔ)償表補(bǔ)償表+Cmd_Xm選擇選擇sX2b選擇選擇sX2a理想理想坐標(biāo)系坐標(biāo)系實(shí)際坐標(biāo)系實(shí)際坐標(biāo)系X電機(jī)電機(jī)指令位置指令位置Y_X垂度垂度補(bǔ)償表補(bǔ)償表Z_X垂度垂度補(bǔ)償表補(bǔ)償表 選擇選擇sZ1選擇選擇sY16-4-2 840D數(shù)控系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償2. 840D的幾何誤差補(bǔ)償原理的幾何誤差補(bǔ)償原理3434ZXYO誤差軌跡誤差軌跡理想軌跡理想軌跡SIMENSE840D可實(shí)現(xiàn)的幾何誤差補(bǔ)償可實(shí)現(xiàn)的幾何誤差補(bǔ)償6-4-2 840D數(shù)控系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償2. 840D的幾何誤差補(bǔ)償原理的幾何誤差補(bǔ)償原

26、理 交叉軸（垂度）補(bǔ)償交叉軸（垂度）補(bǔ)償采用各軸對(duì)立補(bǔ)償算法，采用各軸對(duì)立補(bǔ)償算法，即：對(duì)于補(bǔ)償軸即：對(duì)于補(bǔ)償軸Z來(lái)說，當(dāng)來(lái)說，當(dāng)沿沿X方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，Y軸相對(duì)軸相對(duì)Z軸的補(bǔ)償量不變，同樣，軸的補(bǔ)償量不變，同樣，當(dāng)沿當(dāng)沿Y方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，X軸相軸相對(duì)對(duì)Z軸的補(bǔ)償量不變。其優(yōu)軸的補(bǔ)償量不變。其優(yōu)點(diǎn)是所需補(bǔ)償數(shù)據(jù)少，補(bǔ)點(diǎn)是所需補(bǔ)償數(shù)據(jù)少，補(bǔ)償算法簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是交叉償算法簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是交叉影響誤差（扭曲誤差）不影響誤差（扭曲誤差）不能補(bǔ)償。能補(bǔ)償。351 1、軸向誤差測(cè)量、軸向誤差測(cè)量-螺距螺距/ /光柵誤差光柵誤差 對(duì)于螺距測(cè)量，將測(cè)量行程平對(duì)于螺距測(cè)量，將測(cè)量行程平均分為均分為N N

27、個(gè)點(diǎn)，然后激光干涉儀個(gè)點(diǎn)，然后激光干涉儀運(yùn)動(dòng)到第運(yùn)動(dòng)到第n n個(gè)點(diǎn)，獲得此點(diǎn)的正個(gè)點(diǎn)，獲得此點(diǎn)的正方向誤差，并在該點(diǎn)方向誤差，并在該點(diǎn)多次測(cè)量多次測(cè)量求求誤差平均值誤差平均值，形成，形成雙向誤差補(bǔ)償雙向誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。6-4-3 幾何誤差測(cè)量幾何誤差測(cè)量36366-4-3 幾何誤差測(cè)量幾何誤差測(cè)量2 2、軸間誤差測(cè)量、軸間誤差測(cè)量激光矢量分步對(duì)角線法測(cè)量原理激光矢量分步對(duì)角線法測(cè)量原理372 2、軸間誤差測(cè)量、軸間誤差測(cè)量 右圖是用對(duì)角線測(cè)右圖是用對(duì)角線測(cè)量法原理圖。測(cè)量量法原理圖。測(cè)量3 3組組對(duì)角線，解方程組，可對(duì)角線，解方程組，可得到所需的補(bǔ)償值得到所需的補(bǔ)償值 e ex(x)x(x

28、)、 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)。 有些激光干涉儀可自動(dòng)生成有些激光干涉儀可自動(dòng)生成840D所需的單軸和交叉軸誤差補(bǔ)所需的單軸和交叉軸誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)文件。償數(shù)據(jù)文件。6-4-3 幾何誤差測(cè)量幾何誤差測(cè)量38一、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(dòng)。軸竄動(dòng)。 隨著機(jī)床的使用

29、，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(tái)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn)而工作臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn)而工作臺(tái)并不運(yùn)動(dòng)，造成工作臺(tái)并不運(yùn)動(dòng)，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(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性變間隙過大時(shí)，動(dòng)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(shí)進(jìn)行預(yù)緊安裝絲杠時(shí)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 6-4-4 間隙誤差補(bǔ)償間隙誤差補(bǔ)償無(wú)間隙無(wú)間隙39 當(dāng)當(dāng)D較大時(shí)，會(huì)造成電機(jī)加速度過大，系統(tǒng)不平穩(wěn)，產(chǎn)生較大時(shí)，會(huì)造成電機(jī)加速度過大，系統(tǒng)不平

30、穩(wěn)，產(chǎn)生振蕩；控制器產(chǎn)生飽和現(xiàn)象；產(chǎn)生跟隨誤差。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(zhǎng)：在一間隙補(bǔ)償量增量式增長(zhǎng)：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(shí)現(xiàn)補(bǔ)償值的跳躍，而避免量，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償值的跳躍，而避免了一個(gè)周期內(nèi)補(bǔ)償值大的變化。了一個(gè)周期內(nèi)補(bǔ)償值大的變化。二、間隙較大時(shí)的補(bǔ)償方法二、間隙較大時(shí)的補(bǔ)償方法 6-4-4 間隙誤差補(bǔ)償間隙誤差補(bǔ)償40三、間隙誤差對(duì)圓加工的影響三、間隙誤差對(duì)圓加工的影響 5-5-4 間隙誤差補(bǔ)償間隙誤差補(bǔ)償416-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)

31、構(gòu)6-2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6-3 伺服參數(shù)的優(yōu)化伺服參數(shù)的優(yōu)化6-4 誤差補(bǔ)償概述誤差補(bǔ)償概述6-5 幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償6-6 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償6-7 動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹碌诹?伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償426-5 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償6-5-1 熱誤差的分類熱誤差的分類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 xyy 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 扭曲型熱誤差不可以通過誤差補(bǔ)償消除扭曲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(jì)時(shí)總是希望通過熱均衡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使

32、因此，在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)總是希望通過熱均衡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得熱誤差方向一致，不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)型熱誤差得熱誤差方向一致，不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)型熱誤差扭轉(zhuǎn)型熱誤差扭轉(zhuǎn)型熱誤差 43一、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zz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(tái)位置無(wú)關(guān)，只與溫度相關(guān)主軸系統(tǒng)熱誤差與工作臺(tái)位置無(wú)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(tái)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(tái)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 x6-5-1 熱誤

33、差的分類熱誤差的分類4444840D數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的熱變形誤差補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的熱變形誤差補(bǔ)償ZYdy1dz1與機(jī)床位置無(wú)關(guān)的熱變形與機(jī)床位置相關(guān)的熱變形ZYdz2Dz2=(Pz-Pz0)*tan(T)6-5-2 840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償456-5-2 840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償機(jī)床溫度計(jì)算tan(T)計(jì)算K0(T)溫度采集DB塊DB塊 PLC CALL FB3SD43900XSD43910XSD43920XMD32750X.1MD32750X.2SD43910X * (Px - SD43920X)+DB31.DBB60.4 =1 and

34、 DB31.DBB60.5 =1插補(bǔ)指令位置+電機(jī)指令位置00( )( ).()xxKK TtgtPP回參考點(diǎn)回參考點(diǎn)完成信號(hào)完成信號(hào)46 SIMENSE 840D無(wú)法實(shí)現(xiàn)的無(wú)法實(shí)現(xiàn)的熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償ZYdz3交叉位置相關(guān)的熱變形交叉位置相關(guān)的熱變形 應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中盡量減小這些變形應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中盡量減小這些變形6-5-2 840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償47 建模的方便性、靈活性建模的方便性、靈活性 同一型號(hào)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床熱特性的穩(wěn)定性、一致性較差，同一型號(hào)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床熱特性的穩(wěn)定性、一致性較差，同一模型對(duì)不同工況的適應(yīng)性差，即使同一工況，隨著使用同一模型對(duì)不同工況的適應(yīng)

35、性差，即使同一工況，隨著使用時(shí)間的變化，熱特性變化較大，所以，補(bǔ)償模型是否方便修時(shí)間的變化，熱特性變化較大，所以，補(bǔ)償模型是否方便修改，是國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床熱誤差走向?qū)嵱玫淖铌P(guān)鍵問題。改，是國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床熱誤差走向?qū)嵱玫淖铌P(guān)鍵問題。 熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)目煽刂菩詿嵴`差實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)目煽刂菩?熱誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償量的刷新必須在加工程序中可控，用熱誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償量的刷新必須在加工程序中可控，用戶可通過加工程序（戶可通過加工程序（M代碼）來(lái)控制熱誤差補(bǔ)償量刷新的開代碼）來(lái)控制熱誤差補(bǔ)償量刷新的開啟和關(guān)閉，并能自動(dòng)避免補(bǔ)償量較大的突變啟和關(guān)閉，并能自動(dòng)避免補(bǔ)償量較大的突變熱變形誤差補(bǔ)償中關(guān)鍵問題熱變形誤差補(bǔ)償中關(guān)鍵問題6

36、-5-2 840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償48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(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制K0、tan、P0位置反饋位置反饋+-PLC溫度采集溫度采集基于基于PLC的熱變形誤差補(bǔ)償?shù)臒嶙冃握`差補(bǔ)償6-5-2 840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償 機(jī)床廠家通過機(jī)床廠家通過PLC來(lái)采集溫度，在來(lái)采集溫度，在PLC程序中建立熱誤差程序中建立熱誤差補(bǔ)償模型來(lái)計(jì)算熱變形量，通過數(shù)據(jù)通信功能模塊，改變補(bǔ)償模型來(lái)計(jì)算熱變形量，通過數(shù)據(jù)通信功能模塊，改變CNC中熱誤差補(bǔ)償參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱誤差補(bǔ)償。中熱誤差補(bǔ)償參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱誤差補(bǔ)償。49 誤差補(bǔ)

37、償模型在誤差補(bǔ)償模型在PLC中設(shè)計(jì)，編程、調(diào)試不方便，計(jì)算模中設(shè)計(jì)，編程、調(diào)試不方便，計(jì)算模型必須非常簡(jiǎn)化，編程要求高（會(huì)影響其它邏輯運(yùn)算的響應(yīng)型必須非常簡(jiǎn)化，編程要求高（會(huì)影響其它邏輯運(yùn)算的響應(yīng)時(shí)間），精度較低，且時(shí)間），精度較低，且模型修改麻煩模型修改麻煩。同一型號(hào)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床熱特性的穩(wěn)定性、一致性較差，同一同一型號(hào)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床熱特性的穩(wěn)定性、一致性較差，同一模型對(duì)不同工況的適應(yīng)性差，即使同一工況，隨著使用時(shí)間模型對(duì)不同工況的適應(yīng)性差，即使同一工況，隨著使用時(shí)間的變化，熱特性變化較大，機(jī)床用戶很難修改模型。的變化，熱特性變化較大，機(jī)床用戶很難修改模型?；诨赑LC的熱變形誤差補(bǔ)償?shù)臒嶙冃?/p>

38、誤差補(bǔ)償特點(diǎn)分析特點(diǎn)分析:6-5-2 840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償50基于基于SIMENSE840D二次開發(fā)的二次開發(fā)的熱變形誤差補(bǔ)償熱變形誤差補(bǔ)償6-5-2 840D數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)熱變形誤差補(bǔ)償NCSIMENSE840D HMIK0、tan、P0二次開發(fā)程序RS232溫度采集溫度采集補(bǔ)償模塊補(bǔ)償模塊筆記本筆記本工件誤差工件誤差自動(dòng)建模軟件自動(dòng)建模軟件PLC516-1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)6-2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6-3 伺服參數(shù)的優(yōu)化伺服參數(shù)的優(yōu)化6-4 誤差補(bǔ)償概述誤差補(bǔ)償概述6-5 幾何誤差補(bǔ)償幾何

39、誤差補(bǔ)償6-6 熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償6-7 動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償?shù)诹碌诹?伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償伺服系統(tǒng)分析及誤差補(bǔ)償52 工作臺(tái)低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜摩擦占工作臺(tái)低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜摩擦占主導(dǎo)地位。主導(dǎo)地位。 工作臺(tái)速度較高時(shí)，體現(xiàn)為與工作臺(tái)速度較高時(shí)，體現(xiàn)為與方向相關(guān)的庫(kù)侖摩擦和與速度相方向相關(guān)的庫(kù)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摩擦力模型摩擦力模型一、摩擦力特性分析一、摩擦力特性分析6-6 動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償6-6-1 摩擦誤差補(bǔ)償摩擦誤差補(bǔ)償53二、摩擦誤差產(chǎn)生原因二、摩擦誤差產(chǎn)生原因

40、高速時(shí)，速度指令大高速時(shí)，速度指令大電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于摩擦力，不會(huì)造成摩擦電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于摩擦力，不會(huì)造成摩擦誤差。誤差。低速時(shí)，速度指令小低速時(shí)，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(shí)，電機(jī)在旋轉(zhuǎn)，但工作臺(tái)并不運(yùn)動(dòng)，造成摩擦誤差摩擦力時(shí)，電機(jī)在旋轉(zhuǎn)，但工作臺(tái)并不運(yùn)動(dòng)，造成摩擦誤差 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于摩擦力時(shí)，能量被傳動(dòng)系統(tǒng)彈性環(huán)節(jié)儲(chǔ)存起當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于摩擦力時(shí)，能量被傳動(dòng)系統(tǒng)彈性環(huán)節(jié)儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于摩擦力時(shí)，由于靜摩擦力大于動(dòng)摩擦力來(lái)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩大于摩擦力時(shí)，由于靜摩擦力大于動(dòng)摩擦力使得能量釋放，造成系統(tǒng)振蕩。使得能量釋放，造成系統(tǒng)振蕩。6-6-1 摩擦誤差補(bǔ)償摩擦誤

41、差補(bǔ)償54 工作臺(tái)改變方向時(shí)速度為工作臺(tái)改變方向時(shí)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(diǎn)處開始。反向點(diǎn)處開始。 0.02 0.04 0.063021060240902701203001503301800輪 廓 誤 差 極 坐 標(biāo) 圖 picangle /deg wr基 圓 0.02 0.04 0.063021060240902701203001503301800輪 廓 誤 差 極 坐 標(biāo) 圖 picangle /deg wr基 圓摩擦導(dǎo)致的過象限誤差摩擦

42、導(dǎo)致的過象限誤差6-6-1 摩擦誤差補(bǔ)償摩擦誤差補(bǔ)償55三、減小摩擦誤差的方法三、減小摩擦誤差的方法1、減小傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦力、減小傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦力 采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌、空氣靜壓導(dǎo)軌或磁懸浮導(dǎo)軌采用滾動(dòng)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(shí)降低動(dòng)摩擦和靜摩擦力差異，提高進(jìn)給減小系統(tǒng)摩擦力，同時(shí)降低動(dòng)摩擦和靜摩擦力差異，提高進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。但系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。但采用高性能導(dǎo)軌將極大地提高機(jī)床成本。采用高性能導(dǎo)軌將極大地提高機(jī)床成本。2、提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)剛度、提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)剛度 通過提高伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的位置環(huán)、速度環(huán)和電

43、流環(huán)剛度，當(dāng)摩擦誤差產(chǎn)生時(shí)，小的誤差信號(hào)能夠及時(shí)、足夠地調(diào)整到電機(jī)摩擦誤差產(chǎn)生時(shí)，小的誤差信號(hào)能夠及時(shí)、足夠地調(diào)整到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流。但高剛度容易引起系統(tǒng)振蕩。驅(qū)動(dòng)電流。但高剛度容易引起系統(tǒng)振蕩。 減小伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)數(shù)控裝置的硬件性能要求較高。6-6-1 摩擦誤差補(bǔ)償摩擦誤差補(bǔ)償56178180182184186-0.500.511.52angle /degaxis velocity mm/svelocity pic xvyv6-6-1

44、摩擦誤差補(bǔ)償摩擦誤差補(bǔ)償四、摩擦誤差補(bǔ)償四、摩擦誤差補(bǔ)償速度環(huán)速度環(huán)位置環(huán)位置環(huán)電流環(huán)電流環(huán)電機(jī)電機(jī)/工作臺(tái)工作臺(tái)d/dt-+-+摩擦前饋摩擦前饋+n1 1、摩擦補(bǔ)償原理、摩擦補(bǔ)償原理57加速度加速度補(bǔ)補(bǔ)償償時(shí)時(shí)間間n加速度加速度最佳補(bǔ)償量和最佳補(bǔ)償量和最佳補(bǔ)償時(shí)間最佳補(bǔ)償時(shí)間補(bǔ)償幅值太小補(bǔ)償幅值太小補(bǔ)償幅值太大補(bǔ)償幅值太大時(shí)間常數(shù)太小時(shí)間常數(shù)太小時(shí)間常數(shù)太大時(shí)間常數(shù)太大6-6-1 摩擦誤差補(bǔ)償摩擦誤差補(bǔ)償582、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(shí)間內(nèi)摩擦補(bǔ)償值為穩(wěn)定不變的數(shù)值，補(bǔ)償時(shí)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