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,感覺還不錯(cuò),是大河機(jī)床廠張紀(jì)文,王學(xué)軍兩同志寫的.
此文對數(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.
* p! a$ R6 w) B8 A* |實(shí)際上,對于反向間隙處于非線形段(或者說非固定值)的機(jī)床來說,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.
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* ?9 @; c/ F: d1 }[ 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精密定位功能，一般簡稱單向定位。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)方向無關(guān)，在準(zhǔn)備功能中用G60表示。

3 x# H* @8 }) |' _1 單向定位的執(zhí)行過程
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% U/ @. \& l" K! b8 R" O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。定位方向和過沖量大小由參數(shù)設(shè)定。
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1 t* p) `, q3 P/ W9 m(參見下面的附件圖)
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實(shí)線表示方向相反時(shí)的定位過程
虛線表示方向相同時(shí)的定位過程

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。
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2 單向定位功能的實(shí)際效果驗(yàn)證

- i0 z* n' `% i我們在加工中心上使用該功能時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)設(shè)定的過沖量太小時(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沒有區(qū)別。同向定位時(shí)，設(shè)定的過沖量大小不影響定位效果，與使用G00沒有區(qū)別。

: {7 Y' h% t, ?1 _/ l. z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?？梢钥闯?，設(shè)定過沖量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)定過沖量大于3mm時(shí)，定位誤差與使用G00沒有區(qū)別。
6 K  U! O6 |8 L# OX軸單向定位實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
方式 過沖量
+ h- a% R) z0 H# l0.5 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
  J: w5 K6 p* l4 P0 b! U1 g1 iG60同向 200.003 200.001 200.001 199.997 200.001 199.998 200.002 200.003
7 }" T9 T! K- P( b6 ]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
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) t5 J0 r  @* e1 ^3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

! ?, D, ?: Q1 h; @# T$ Z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)部件越過間隙和變形后，再向指定點(diǎn)移動(dòng)。從這個(gè)意義上說，G60排除反向間隙的作用沒有實(shí)際意義。因此，過沖量較大時(shí)，使用G60反向定位的效果與G00反向定位和G00同向定位的效果沒有區(qū)別。
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過沖量設(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)。

* w( g$ b' H$ `/ ?5 v! w" X" R目前市場最普及的中低檔數(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有被包含在位置控制環(huán)內(nèi)。機(jī)床出廠時(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)過沖量設(shè)定值較小、采用G60反向定位時(shí)，如圖實(shí)線所示,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，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前測定間隙補(bǔ)償值的條件相去甚遠(yuǎn)。這時(shí)加入的反向間隙補(bǔ)償值沒有起到補(bǔ)償作用，反而造成部件停止時(shí)越過B點(diǎn)，形成負(fù)定位誤差。
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4 結(jié)論
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數(shù)控機(jī)床應(yīng)慎用單向定位G60功能，一般使用G00即可。
* Q) C5 E5 t8 N: o使用單向定位功能時(shí)，應(yīng)檢查參數(shù)中過沖量設(shè)定值是否足夠大。根據(jù)我們數(shù)次實(shí)驗(yàn)，過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)。
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9 o9 N% ?) }3 |/ C. f( S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。
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! w8 v) D! U4 V[ 本帖最后由 數(shù)控散人 于 2008-11-28 16:38 編輯 ]

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