數(shù)控機(jī)床單向定位功能的實(shí)用分析-轉(zhuǎn)自論文

數(shù)控散人

從雜志上摘下的一篇論文,感覺(jué)還不錯(cuò),是大河機(jī)床廠(chǎng)張紀(jì)文,王學(xué)軍兩同志寫(xiě)的.
0 t$ a4 o. p, j3 h  x) W0 j此文對(duì)數(shù)控系統(tǒng)單方向功能作了比較詳細(xì)的實(shí)驗(yàn),大家借鑒.
但是,需要特別指出的是,兩位同志作實(shí)驗(yàn)的機(jī)床應(yīng)該是新機(jī)床,這和舊機(jī)床,尤其是大型舊機(jī)床是不同的.
實(shí)際上,對(duì)于反向間隙處于非線(xiàn)形段(或者說(shuō)非固定值)的機(jī)床來(lái)說(shuō),單方向定位功能,多多少少還是有益的.在這點(diǎn)上也是不應(yīng)該有懷疑的.
1 o$ k! \- J! {; T7 D
: F( h) v3 K& D[ 本帖最后由 數(shù)控散人 于 2008-11-28 16:55 編輯 ]

數(shù)控散人

數(shù)控機(jī)床的單一方向定位功能也稱(chēng)精密定位功能，一般簡(jiǎn)稱(chēng)單向定位。指數(shù)控坐標(biāo)軸以預(yù)先設(shè)定的一個(gè)方向完成定位，定位方向與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)，在準(zhǔn)備功能中用G60表示。
0 L1 E, `9 {. O- F" p6 j
1 單向定位的執(zhí)行過(guò)程
1 j: a: ?# T4 y% n) \
0 P4 ]/ B' }* R/ q" {如圖所示，如果在從A點(diǎn)向B點(diǎn)定位的程序段中指令了G60，CNC先判別設(shè)定的定位方向與A點(diǎn)到B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系。如果方向相反，則指令運(yùn)動(dòng)部件多走一段過(guò)沖量L，到達(dá)B'再反向向B點(diǎn)完成定位；方向相同時(shí)，也要在距離B點(diǎn)L處停一下，再向前完成定位。定位方向和過(guò)沖量大小由參數(shù)設(shè)定。
. m/ \( N4 M* k5 H, C/ |7 o3 z....
: H4 [0 S; S4 b) h(參見(jiàn)下面的附件圖)
.....
4 x- a8 e( q# a, x. r' r實(shí)線(xiàn)表示方向相反時(shí)的定位過(guò)程
& w  n& n* J7 x# ~1 h. y# v) \: ~虛線(xiàn)表示方向相同時(shí)的定位過(guò)程
2 h5 I) \0 n0 f* E) E
一般認(rèn)為，當(dāng)需要排除間隙進(jìn)行精密定位，或加工精度接近機(jī)床定位精度的孔時(shí)，應(yīng)采用單向定位G60功能。

# R8 ?1 }- Z! }1 T2 單向定位功能的實(shí)際效果驗(yàn)證
! @6 D5 t9 b& `
我們?cè)诩庸ぶ行纳鲜褂迷摴δ軙r(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)設(shè)定的過(guò)沖量太小時(shí)，反向定位誤差較大，而且全部表現(xiàn)為欠行程。增大過(guò)沖量設(shè)定值到某一值后，使用該功能的效果與使用快速定位G00沒(méi)有區(qū)別。同向定位時(shí)，設(shè)定的過(guò)沖量大小不影響定位效果，與使用G00沒(méi)有區(qū)別。

3 H; [- q2 z4 k: m+ d. h附表為在一臺(tái)V600型立式加工中心X軸做單向定位實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。該軸為工作臺(tái)左右移動(dòng)，工作臺(tái)面積800mm×400mm，采用兩條鑄鐵貼塑導(dǎo)軌副，滾珠絲杠直徑40mm，兩端固定支承并預(yù)拉伸，采用半閉環(huán)控制方式。定位距離200mm，分別用指令G60反向、G60同向、G00反向、G00同向，在快速空載條件下完成定位。表中0.005mm左右的誤差屬變值隨機(jī)性誤差。可以看出，設(shè)定過(guò)沖量2mm反向定位時(shí)都產(chǎn)生了0.04～0.02mm的負(fù)定位誤差。同向定位和設(shè)定過(guò)沖量大于3mm時(shí)，定位誤差與使用G00沒(méi)有區(qū)別。
X軸單向定位實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
方式 過(guò)沖量
0.5 1 2 3 4 8 12 20
G60反向 199.968 199.972 199.981 199.994 199.998 200.001 200.003 199.998
. L  z4 w( I' z9 @1 X  TG60同向 200.003 200.001 200.001 199.997 200.001 199.998 200.002 200.003
G00反向 200.001 200.003 200.003 200.003 199.998 199.999 200.002 200.001
G00同向 199.997 200.001 200.003 200.001 200.003 200.001 200.003 199.999

% n: y% p, S' d8 i
& x/ n. W+ a! w1 ^4 Z3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
& |: o% P7 }# k3 P6 P
現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都具備間隙補(bǔ)償功能，數(shù)控軸接受反向運(yùn)動(dòng)指令時(shí)，間隙補(bǔ)償軟件自動(dòng)發(fā)生一定數(shù)量的補(bǔ)償脈沖，使運(yùn)動(dòng)部件越過(guò)間隙和變形后，再向指定點(diǎn)移動(dòng)。從這個(gè)意義上說(shuō)，G60排除反向間隙的作用沒(méi)有實(shí)際意義。因此，過(guò)沖量較大時(shí)，使用G60反向定位的效果與G00反向定位和G00同向定位的效果沒(méi)有區(qū)別。
- b! R3 q' R, V) y: X! H0 L+ [& Q
8 w+ \: C* P2 o  @' J過(guò)沖量設(shè)定值較小時(shí)，G60反向定位出現(xiàn)欠行程(即少走)與進(jìn)給系統(tǒng)的惰性變形有關(guān)。

目前市場(chǎng)最普及的中低檔數(shù)控機(jī)床一般都采取半閉環(huán)控制方式，位置反饋信號(hào)取自伺服電機(jī)軸或滾珠絲杠軸。進(jìn)給系統(tǒng)剛度不足或有變化、摩擦力變動(dòng)、加減速時(shí)慣性力的大小、由于表面粗糙度和硬度不均勻引起的接觸變形等因素的影響都沒(méi)有被包含在位置控制環(huán)內(nèi)。機(jī)床出廠(chǎng)時(shí)，在快速空載條件下向若干目標(biāo)點(diǎn)定位。一般目標(biāo)點(diǎn)距離都大于50mm，在這段行程內(nèi)，運(yùn)動(dòng)部件足以加速到快速定位的速度。然后測(cè)出這個(gè)特定條件下各目標(biāo)點(diǎn)正反向時(shí)的定位誤差，由此確定間隙補(bǔ)償和螺距誤差補(bǔ)償數(shù)值，存入CNC記憶裝置，作為以后自動(dòng)運(yùn)行時(shí)的誤差補(bǔ)償信息。因此機(jī)床出廠(chǎng)后的精度情況還包含了特定條件下進(jìn)給系統(tǒng)惰性變形的影響。稱(chēng)之為“惰性變形”，是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)部件停止速度為零后，變形依然存在，直到下次運(yùn)動(dòng)才打破這種平衡狀態(tài)。與本文所述問(wèn)題有關(guān)的惰性變形主要由摩擦力變化和加減速時(shí)慣性力變化引起。當(dāng)過(guò)沖量設(shè)定值較小、采用G60反向定位時(shí)，如圖實(shí)線(xiàn)所示,A點(diǎn)到B'點(diǎn)的距離較大，運(yùn)動(dòng)部件可以加速到快速定位速度。在接近B'點(diǎn)的減速過(guò)程中，進(jìn)給系統(tǒng)受慣性力的影響產(chǎn)生拉伸，儲(chǔ)存了較大的變形量。在B'點(diǎn)反向時(shí)，CNC軟件補(bǔ)償電路自動(dòng)加入一個(gè)補(bǔ)償值。從某種意義上說(shuō)，這個(gè)值是從B'到B點(diǎn)間快速定位狀態(tài)下的摩擦力和減速時(shí)的慣性力共同作用下形成的，是A點(diǎn)到B點(diǎn)和B'點(diǎn)到B點(diǎn)間兩次拉伸的惰性變形量的差值。但是由于B'點(diǎn)到B點(diǎn)距離太小，部件移動(dòng)速度很低，產(chǎn)生的摩擦力和減速慣性力與出廠(chǎng)前測(cè)定間隙補(bǔ)償值的條件相去甚遠(yuǎn)。這時(shí)加入的反向間隙補(bǔ)償值沒(méi)有起到補(bǔ)償作用，反而造成部件停止時(shí)越過(guò)B點(diǎn)，形成負(fù)定位誤差。

4 結(jié)論
) `, \6 D& n$ o8 N! ]
數(shù)控機(jī)床應(yīng)慎用單向定位G60功能，一般使用G00即可。
" v5 A7 G$ B/ i& w9 c使用單向定位功能時(shí)，應(yīng)檢查參數(shù)中過(guò)沖量設(shè)定值是否足夠大。根據(jù)我們數(shù)次實(shí)驗(yàn)，過(guò)沖量合理值與快速定位速度有關(guān)，可取L≥V/5000(mm),其中V為快速定位速度(mm/min)。

因?yàn)槿狈Χ糠治龊蜕钊胙芯浚闹兴鰡蜗蚨ㄎ环聪驎r(shí)欠行程的原因和過(guò)沖量的最小值計(jì)算尚有推敲之處，歡迎讀者提出寶貴意見(jiàn)。

+ _$ s& J+ D2 S. {  a9 e/ R& v[ 本帖最后由 數(shù)控散人 于 2008-11-28 16:38 編輯 ]

小鏈機(jī)

多謝數(shù)控散人,為我們這些新同志著想

集中力

多謝   學(xué)習(xí)