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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equ

2、ipment Technology,*,1,第八章 數(shù)控機(jī)床誤差與補(bǔ)償,8.1,概述,8.2,幾何誤差補(bǔ)償,8.3,熱誤差補(bǔ)償,8.4,間隙誤差補(bǔ)償,8.5,摩擦誤差補(bǔ)償,8.6,伺服參數(shù)優(yōu)化,2,8.1,概述,8.2,幾何誤差補(bǔ)償,8.3,熱誤差補(bǔ)償,8.4,間隙誤差補(bǔ)償,8.5,摩擦誤差補(bǔ)償,8.6,伺服參數(shù)優(yōu)化,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)床各部件的機(jī)械精度和動(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。,通過(guò),數(shù)控系統(tǒng)對(duì)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(jià)獲得“硬技術(shù)難以達(dá)到的精度水平和動(dòng)態(tài)性能。,8.1,概述,一、

3、機(jī)床誤差的分類,機(jī)床誤差包括,幾何誤差、間隙誤差、熱誤差、摩擦誤差和動(dòng)態(tài)誤差,五類。,按誤差產(chǎn)生原因分類,上述誤差按誤差產(chǎn)生原因分類：,幾何誤差和間隙誤差,屬于,機(jī)床本體誤差,，,熱誤差、摩擦誤差和動(dòng)態(tài)誤差,屬于,機(jī)床運(yùn)行誤差,。,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,，,熱誤差,屬于,準(zhǔn)靜態(tài)誤差,，,摩擦誤差和動(dòng)態(tài)誤差,屬于,動(dòng)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(yùn)行時(shí)表現(xiàn)出來(lái)，比較特殊。,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,8.1,概述,

4、1,、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(guò)修正插補(bǔ)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，方法為：,二、誤差補(bǔ)償原理,幾何誤差,補(bǔ)償模塊,伺服,驅(qū)動(dòng),dCurCmdPos,dGerErrData,dTmpErrData,dRealCmdPos,總線,接口,CNC,插補(bǔ)指令,位置,熱誤差,補(bǔ)償模塊,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,8.1,概述,2,、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(guò)程有很多相似之處，故經(jīng)常放在一起。,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institu

5、te of Numerical Control And Equipment Technology,8.1,概述,3,、動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償原理,動(dòng)態(tài)誤差的產(chǎn)生是機(jī)床運(yùn)行時(shí)，由于伺服系統(tǒng)控制參數(shù)不合理或機(jī)械系統(tǒng)擾動(dòng)造成的，因此補(bǔ)償必須通過(guò),伺服參數(shù)優(yōu)化,來(lái)解決，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。,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,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,8.1,概述,8,8.1,概述,8.2,幾何誤差補(bǔ)償,8.3,熱誤差補(bǔ)

6、償,8.4,間隙誤差補(bǔ)償,8.5,摩擦誤差補(bǔ)償,8.6,伺服參數(shù)優(yōu)化,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,一、幾何誤差分析與建模,按幾何誤差的類型分類,移動(dòng)誤差,定位誤差，水平直線度,垂直直線度,轉(zhuǎn)動(dòng)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,六個(gè)自由度,，即沿空間坐標(biāo)軸,X,、,Y,、,Z,直線方向的,移動(dòng)自由度,和繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的,轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,。,以,X,軸為例，移動(dòng)誤差包括水平直線度誤差，垂直直線度和定位誤差，轉(zhuǎn)動(dòng)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)

7、償,幾何誤差分析,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,1,）沿,X,軸移動(dòng)時(shí)，,線性位移誤差,x(x),、,Y,向直線度誤差,y(x),、,Z,向直線度誤差,z(x),、滾轉(zhuǎn)誤差,x(x),、偏擺誤差,y(x),和俯仰誤差,z(x),；,2,）沿,Y,軸移動(dòng)與沿,Z,軸移動(dòng)同理，因此,X,、,Y,、,Z,三個(gè)線性軸共有,18,項(xiàng)誤差,3,）,3,軸之間的垂直度誤差,xy,、,zx,、,yz,幾何誤差分析,三個(gè)線性軸共,21,項(xiàng)誤差,8.2,幾何誤差補(bǔ)償,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institu

8、te of Numerical Control And Equipment Technology,2.,幾何綜合誤差建模,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(yùn)動(dòng)部件坐標(biāo)系。,然后運(yùn)用,齊次坐標(biāo)變換方法,，計(jì)算得到機(jī)床的,幾何綜合誤差模型：,8.2,幾何誤差補(bǔ)償,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,根據(jù),矢量變換原理,，將幾何綜合誤差模型分解到各個(gè)軸上。,軸向幾何誤差,主要是,定位誤差。,軸間幾何誤差,主要是,垂直度誤差,。,2.,幾何綜合誤差建模,軸向誤差,軸間誤差,8.2,幾何誤差補(bǔ)償

9、,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,1,、螺距,/,光柵誤差,對(duì)于螺距測(cè)量，將測(cè)量行程平均分為,N,個(gè)點(diǎn)，然后激光干涉儀運(yùn)動(dòng)到第,n,個(gè)點(diǎn)，獲得此點(diǎn)的正方向誤差，并在該點(diǎn),多次測(cè)量,求,誤差平均值,，形成,雙向誤差補(bǔ)償,數(shù)據(jù)。,二、幾何誤差測(cè)量,8.2,幾何誤差補(bǔ)償,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,2,、軸向、軸間誤差測(cè)量,右圖是對(duì)角線法測(cè)量原理圖。,測(cè)量,3,組對(duì)角線，解方程組，可得到

10、所需的補(bǔ)償值：,E,x(x),、,E,x(y),、,E,x(z),、,E,y(y),、,E,y(x),、,E,y(z),、,E,z(z),、,E,z(x),、,E,z(y),。,利用激光干涉儀測(cè)量機(jī)床各個(gè)軸的,21,項(xiàng)幾何誤差項(xiàng)，再經(jīng)過(guò)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)償數(shù)據(jù)。,8.2,幾何誤差補(bǔ)償,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,首先利用測(cè)量得到的數(shù)據(jù)建立補(bǔ)償表文件,(,文本文件,),，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)床返回參考點(diǎn)后，利用,查表,+,線性插值,等方

11、法，在每個(gè)插補(bǔ)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)距離、補(bǔ)償點(diǎn)的補(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,三、幾何誤差補(bǔ)償,8.2,幾何誤差補(bǔ)償,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,幾何誤差補(bǔ)償方法原理圖,8.2,幾何誤差補(bǔ)償,17,8.1,概述,8.2,幾何誤差補(bǔ)償,8.3,熱誤差補(bǔ)償,8.4,間隙誤差補(bǔ)償,8.5,摩擦誤差補(bǔ)償,8.6,伺服參數(shù)優(yōu)化,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Con

12、trol And Equipment Technology,8.3,熱誤差補(bǔ)償,一、熱誤差的分類,1,、按熱誤差的表現(xiàn)分類,平移型熱誤差,x,y,扭轉(zhuǎn)型熱誤差,平移型熱誤差可以通過(guò)誤差補(bǔ)償消除,扭轉(zhuǎn)型熱誤差不可以通過(guò)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(guò)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,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,一、熱誤差的分類,2,、按熱誤差發(fā)生的部位分類,主軸系統(tǒng)熱誤差,z,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),進(jìn)給系統(tǒng)熱誤差

13、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),因此，需要根據(jù)不同的熱誤差形式進(jìn)行補(bǔ)償,x,8.3,熱誤差補(bǔ)償,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,二、熱誤差的測(cè)量,1,、主軸熱變形的測(cè)量,主軸系統(tǒng)熱誤差測(cè)量,z,首先在主軸表面布置多個(gè)溫度傳感器,在主軸端面布置,非接觸式位移傳感器,，讓主軸連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)采集各溫度傳感器溫度信號(hào)和位移傳感器位移信號(hào),溫度傳感器,位移傳感器,在主軸端面布置,接觸式位移傳感器,，讓主軸連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后，記錄一次各溫度傳感器數(shù)據(jù)，測(cè)量一次熱變形。,8.3,熱誤差補(bǔ)償

14、,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,8.3,熱誤差補(bǔ)償,二、熱誤差的測(cè)量,2,、進(jìn)給軸熱變形的測(cè)量,進(jìn)給系統(tǒng)熱誤差測(cè)量,x,溫度傳感器,溫度傳感器,溫度傳感器,首先在絲杠,兩端軸承,和,螺母副,處布置溫度傳感器,讓機(jī)床工作運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，采用光柵或激光干涉儀測(cè)量,進(jìn)給軸某位置處,的定位誤差,三、熱誤差建模,通過(guò)熱誤差測(cè)量可得到多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度值和熱誤差值，由于測(cè)溫點(diǎn)比較多，所以需要對(duì)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，找出,熱敏感點(diǎn),，然后用線性回歸的方法建立,誤差值與熱敏感點(diǎn),之間的函數(shù)關(guān)系。,模糊聚類方法優(yōu)化

15、測(cè)溫點(diǎn),8.3,熱誤差補(bǔ)償,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,四、熱誤差補(bǔ)償方法,指令位置,顯示位置,電機(jī)指令位置,運(yùn)動(dòng)控制,K0,、,tan,、,P,0,位置反饋,+,-,選擇開(kāi)關(guān),RS232,PLC,溫度采集,獨(dú)立,補(bǔ)償裝置,熱誤差補(bǔ)償模塊結(jié)構(gòu)框圖,8.3,熱誤差補(bǔ)償,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,五、熱誤差補(bǔ)償實(shí)驗(yàn),熱誤差補(bǔ)償現(xiàn)場(chǎng),0-4,通道測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù)和主軸熱誤差數(shù)據(jù),熱誤差補(bǔ)

16、償結(jié)果,Z=-82.0940-0.5159T1-0.3879T3+6.4780T9,8.3,熱誤差補(bǔ)償,25,8.1,概述,8.2,幾何誤差補(bǔ)償,8.3,熱誤差補(bǔ)償,8.4,間隙誤差補(bǔ)償,8.5,摩擦誤差補(bǔ)償,8.6,伺服參數(shù)優(yōu)化,一、間隙產(chǎn)生原因及影響,產(chǎn)生原因：,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)生軸竄動(dòng)。,隨著機(jī)床的使用，磨損逐漸加劇，產(chǎn)生間隙。,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)并不運(yùn)動(dòng)，造成,D/2,的定位誤差，影響機(jī)床精度,間隙過(guò)大時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性變差,發(fā)生振蕩,解決方案：,采用高精度的滾珠絲杠,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,8.4,間隙誤差補(bǔ)償,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control And Equipment Technology,無(wú)間隙,二、間隙誤差的測(cè)量,根據(jù)光柵反饋值與位置指令之差，測(cè)得機(jī)床反向間隙誤差,D,反向間隙測(cè)量,根據(jù)激光干涉儀測(cè)得的機(jī)床實(shí)際位置與位置指令之差，測(cè)得機(jī)床反向間隙誤差,D,數(shù)字控制及裝備技術(shù)研究所,Institute of Numerical Control