CNC机床伺服系统跟随误差与轮廓误差分析_孙建仁. .pdfVIP

CNC机床伺服系统跟随误差与轮廓误差分析

孙建仁,胡赤兵,把明儒

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＊

(1兰州理工大学机电工程学院,兰州730050;2酒泉钢铁(集团有限责任公司,

嘉峪关735100

摘要:分析CNC机床伺服系统轮廓误差与跟随误差之间的计算方法,详细介绍

位置增益、跟随误差和轮廓误差的数学模型,讨论双轴数控加工中轮廓误差与跟随

误差之间的关系。指出多轴加工中轮廓误差建模和误差控制方法的理论意义及应用

价值。

关键词:数控加工;跟随误差;轮廓误差

中图分类号:TH161文献标识码:A文章编号:1671—3133(201012—0037—

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osystems

SUNJian-ren,HUChi-bing,BAMing-ru

niv.ofTech.,Lanzhou730050,China;

2JiuquanIron＆

su,China

orofservosystemswasanalyzed.Thepositiongain、trackinge

rorinCNCser-vosystemswaspointedout.

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0引言

在数控机床轮廓加工过程中,各坐标轴常要求随

加工形状的不同瞬时启停或改变速度,控制系统应同时精确地控制各坐标轴运

动的位置与速度,由于系统的稳态和动态特性,影响了各坐标轴的协调运动和位

[1-3]

置精度,从而产生了轮廓的形状误差。随着现代数控技术向高速、高精度方向

的发展,对零件最终加工质量有很大影响的数控系统轮廓加工误差正成为众多研究

人员的研究焦点。数控加工中影响轮廓精

[4]

度的误差来源可分为三类:一是机床结构误差(如丝杠间隙、导轨不直、热变形

等;二是切削过程影响(如刀具倾斜、磨损等;三是驱动系统的动态特性、控制器与

外部干扰引起的误差。总的轮廓误差是这三种误差综合作用的结果。

本文初步探讨CNC机床伺服系统特性对数控加工轮廓误差的影响,从分析轮

廓误差、跟随误差和位置环增益着手,分析两种基本插补运动的轮廓误差及

＊甘肃省教育厅科技计划项目(0914-01

其相应的跟随误差与轮廓误差之间的关系。

1数控伺服系统轮廓误差与跟随误差

1.1轮廓误差与跟随误差

运动控制系统的轨迹精度往往受机械与电气两方面制约,轨迹误差不可避免地

存在,主要体现为轮廓误差与跟随误差,如图1所示。

点M为当前理论位置,点M′′与1M2分别为不同情况下对应于点M的实际位

置响应。轮廓误差是指多轴运动不协调时实际位置的响应点M′M与′理1(2论轮廓

轨迹之间的最短距离εε跟随误差;则指在1(2单轴运动中,理论位置点M与实际位

置点M′M′1(2之间的差值EE。从图1中可知,轮廓误差与跟随1(2误差既有联系

又有区别,如果单轴跟随误差为零,则轮廓误差一定也为零;但如果轮廓误差为零,

跟随误差却不一定为零。在实际生产过程中,对于一个运动系统的控制目标就是尽

可能减少这两种误差。对于连续轨迹控制系统,轮廓误差是影响最大的误差,系

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2直线和圆弧两种基本插补运动的轮廓误差

在CNC机床伺服系统中,若每个进给轴的位置环增益不一样,即会产生轮廓

误差。轮廓误差是指实际

[5-7]

轮廓轨迹与理论轮廓轨迹之间的最短距离。现对直线和圆弧两种基本插补运动

轮廓误差进行分析。2.1直线插补运动轮廓误差

若X轴和Y轴的输入指令x(t、y(t为:

x(t=vxt

……(1

y(t=vyt

图1轮廓误差与跟随误差

则其轨迹方程为:vy

x=xtanθ……………(2vx

统中的其他误差,最终均反映为轮廓误差。1