《数控原理与系统》第章进给运动的控制

第5章进给运动的控制5.1开环进给系统性能分析5.2闭环进给位置控制系统的结构分析5.3电气传动部分对位置误差的影响5.4机械传动链对位置控制特性的影响5.5进给运动控制参数的设置小结习题本章导读

进给运动是保证零件加工精度和效率的重要运动。是“机—电”结合的关键所在。本章对数控机床“机—电”结合部分的结构、性能进行了分析，并介绍了常用的匹配、补偿方法，包括开环进给系统性能分析、闭环进给系统结构模型及性能分析、进给系统匹配参数设置及补偿参数设置等内容。了解和掌握进给运动的控制原理，对使用和维护数控机床有重要的意义。5.1开环进给系统性能分析

由于开环进给系统中没有位置反馈检测装置，其前向通道中的各种误差就无法通过反馈信息来加以补偿，从而会引起输出位置误差。因此，需要找出造成输出位置误差的主要因素，并采取一些必要的措施来加以改善，从而提高系统的控制性能。1.影响进给精度的主要因素在开环系统中，影响工作台位移精度的主要因素包括如下几个方面。（1）步进电机的步距误差。数控机床用的步进电机，步距误差一般为±10〞～±25〞。（2）步进电机的动态误差。当步进电机进行单步运行时，存在明显的振荡现象，其超调量约为步距角的20%～30%。并且当工作于较低频率区时（300Hz～500Hz），还会出现共振现象。（3）齿隙误差。包括减速齿轮的传动间隙，滚珠丝杠和螺母之间的传动间隙等。（4）滚珠丝杠的螺距误差。（5）滚珠丝杠，螺母支架，轴承等机械部件的受力变形和热变形引起的误差。（6）工作台导轨的误差。2.提高进给精度的主要措施针对上述造成工作台位移误差的主要因素，分别可以采取如下措施来进行改善。（1）选用高质量的步机电机。为了减小因步进电机步距误差、动态误差引起的位置误差，可选择步距角较小，精度较高，稳定好的步进电机。采用精密传动副，减小传功链中的间隙等等。另外，还可利用硬件电路和软件方法来进一步提高系统的综合性能。（2）选用高性能的驱动装置。选用性能好，与步进电机匹配的驱动装置，可有效地改善步进电机的动态性能，防止失步和震荡。此外，也可选用带细分的驱动装置，以提高进给分辨率。（3）合理的进行补偿。根据齿隙误差的特点，当工作台运动方向改变时可利用CNC装置的间隙补偿功能进行补偿；对于滚珠丝杠的螺距误差，可利用CNC装置的螺距误差补偿功能进行校正。（4）增加位置测量，采用混合式控制。对于精度要求较高的大型数控机床，针对开环系统的不足，可在其基础之上增设一套工作台位移检测装置，如直光栅或感应同步器等，用以监视并补偿前向通道的误差，构成混合步进系统。当系统中没有传动误差时，反馈电路部分相当于不工作，只有开环部分工作；当出现传动误差时，由反馈电路发出一定数目的附加脉冲，用以补偿步进电动机多走或少走的步数。

可见，在该系统中机床本身并不含在定位伺服系统中，而是处于补偿回路中，使系统易于调试，类似于开环，但系统精度又接近于闭环。5.2闭环进给位置控制系统的结构分析1.闭环进给位置控制系统的结构闭环进给位置控制系统带有位置检测反馈装置，采用直流或交流伺服驱动系统，位置检测元件安装在机床工作台上或电机的轴端，其结构框图如图5.1所示。图5.1闭环进给位置控制系统结构框图

安装在工作台上的位置传感器(在半闭环中为安装在电动机轴上的角度传感器)将机械位移转换为数字脉冲，该脉冲送至数控装置的位置测量接口，由计数器进行计数。计算机以固定的时间周期对该反馈值进行采样，将采样值与插补输出结果相比较，得到位置误差。该误差经软件位置放大，输出给数模转换器(D／A)，从而为伺服装置提供控制电压，驱动工作台向减少误差的方向移动。如果插补输出不断有进给量产生，工作台就不断地跟随该进给量运动，只有在位置误差为零时，工作台才停止在要求的位置上。2.闭环进给位置控制系统的数学模型根据闭环进给位置控制系统的结构，不难画出系统数学模型框图如图5.2所示。图5.2闭环进给位置控制系统的数学模型3.数学模型的构成（1）跟随误差E。跟随误差E实际上就是指令位置Xi与实际位置Xf的差值。（2）开环增益K。K为整个系统的开环增益，K=Kv

Kda

KmKa（1/s），其中：

·Kv为位置放大系数（软件增益），它是由CNC内部的参数设置的，单位为数字/数字。可通过设置Kv值来调整整个回路的开环增益。

·Kda为数模转换系数。CNC装置通过DAC数模转换器输出-10～+10V的电压来控制伺服电动机的运动。Kda的单位为V／数字，它描述了CNC内每一个数值“1”对应的电压值。开环增益K是决定整个系统性能的重要参数，在机床调试时需进行调整。由上可以看出，当设备选定后，调整开环增益的唯一方法就是调整软件增益KV和伺服放大倍数Km。（3）在图5.1中，伺服驱动系统是一个复杂的双闭环系统，属于二阶振荡。考虑到CNC内部的DAC转换以及驱动死区特性，传递函数为

式中，ξp、ωp为二阶系统阻尼比和自然振荡角频率，τ为死区延时时间常数。当忽略死区特性的影响时，可简化为

一般情况下，为使进给系统稳定，把伺服驱动系统调整在临界阻尼（ξp≈1）附近，超调量较小，可近似看作一阶惯性环节，从而可将传递函数进一步简化为式中，K为开环增益，T为时间常数。

（4）积分环节描述了伺服驱动输出的速度量经位置反馈计数转换成为位置量的过程。（5）间隙非线性环节描述了典型的机械传动反转间隙对整个系统的影响。（6）最后一个环节描述了机械传动机构的动力学模型。如图5.3所示，电沙动机的输劳出转矩为Mm，传动机按构承受的境外力(它包括典切削转羡矩、摩思擦转矩鱼等)等效至苹电动机谷轴端的层负载转问矩为Ml；Jl为等效怨至电动毅机轴端怒的转动月惯量，Bl为粘件问阻尼系艘数；设kl为等效升轴的传件输扭转搂刚度；θm为电机梯轴转过错的角度信，θl为负载伙位移等笼效到电回机轴端阴的角度孕。则根据转呼矩平衡方乳程可得图5.3机械传沈动等效衔动力学铺模型根据弹性惕变形方程对上述病两式进奇行拉氏匪变换可警得整理后可咽得当外部宽扰动Ml=0时，传汪递函数为,则这里，ωPA即为机特械传动仿机构的且振荡角膛频率，ξPA为阻尼比。这里ωPA即为机械琴传动机构绿的振荡角俱频率，ξPA为阻尼比隆。临此外，铅位置控制福系统是典纲型的采样勿控制系统妨，但考虑华到位置采寨样周期很颜短(约1～10ms处)，故可授将其简丽化为连笼续系统熄分析。5.3电气传壳动部分乖对位置苏误差的述影响暂且不考纲虑机械传预递刚度等座引起的误兔差，并假肚定驱动死集区以及数黎字化死区漂很小，可钳以忽略不则计，则整药个系统可迁以简化为扒图5.4所示的记数学模旧型。图5.4电气传悔动部分鸣数学模胶型1.对定位搞误差的姻影响简化位置坡闭环控制步系统的开椒环传递函术数为由此看亚出，培该系统污为典型朝的I型系统稿，因头此不存在位置定叔位稳态误耐差。其鸦闭环传递宁函数为根据典豪型二阶枕振荡环密节的特炉性，枕其阻尼携比与振检荡角频秆率为图5.5所示是济当伺服毙系统的描时间常顿数T一定时增坟加K值位置撞响应曲办线的变祸化情况,图5.6所示是当K一定时香改变伺涂服系统经的时间评常数T值位置响述应曲线的摊变化情况,图中ω0=1／T。图5.5定位过炭程位置受响应曲熔线图5.6定位过援程位置岂响应曲技线由图可以锡看出，当T＝0.01描25s时，如岂果开环哈增益K超过20(观1／s)，则位置宫响应曲线述就会产生燥超调。这鬼与理论上影二阶系统邮当ξ≥1时无超调珠是相符的科。同理当K＝20(姨l／s)时，如端果伺服厚驱动的讯时间常丽数过大训，则位盈置响应贡曲线也禽会产生喷超调。哲由此可仔以得到浮以下结罪沦。（1）要来想提高位姐置增益(较高的位赚置增益可且减小跟随晒误差，辨缩短过渡常过程时间量，对减掉小轮廓误乒差也是重恢要的)，必者须有较轿小的伺从服时间妥常数，疑也就鸦是说伺未服驱动讲装置的羽快速性攻要好，屡否则触提高位傲置增益括会产生淹超调。还而在骆数控机饰床上超拉调就意勉味着过子切，污这是不则允许的拣。（2）如窝果仅选烦择了快医速性好膀的伺服仙驱动，亡而不香提高位品置增益戒，则游整个系伞统的瞬接态响应险并不能络得到明催显改善随，因复此K与T的配合嚷是很重羽要的。（3）由于逼位置控制伍传递函数低为I型系统姓，因辨此在定咽位过程臭中(在恒速运盟动时)存在一显个恒定仇的跟随办误差：跟随误差毫对输入的揪传递函数(误差传旷函)为当以进给崇速度为V且恒速趁运动时笼，相澡当于斜严坡输入Xi=V·t·1(t)，则稳态跟随装误差例如，家当某轴施开环放花大倍数抱为30(莫1／s)，以其200m江m/mi受n的速度运绍动时,在任一麻时刻命配令位置伸与实际纺位置的除差E＝V/K性=0.铅11m延m。2.对直线加券工轮廓误立差的影响由于不存冰在无限大鹅功率的电乖动机，必而且驱动叛对象总存柏在负载，拐因而跟眠随误差是须客观存在病的。如够兄使用或调塑整不当，蓝则单个轴蛋的跟随误滨差会造成咬轮廓运动蚂的误差。当数控封机床进句行XY轴直线联扯动插补时裹，其X、Y轴分别以恒恒速V运动，队即X＝Vxt，Y=Vyt，此时乎各轴的跟止随误差分车别为Ex＝Vx/Kx，Ey＝Vy/Ky，姓如图5.7所示。图5.7直线插老补轮廓污误差与缘瑞跟随误兵差的关泽系两坐标的疾合成运动百构成实际鱼加工轮廓崭轨迹，比实际轮廓侨与编程轮狼廓之间的侄垂直偏离瓦距离就是民轮廓误差唇，记为E。E与Ex、Ey的关系如退图5.7所示。研图中，A为指令战位置，B为实际位受置。由嘱几何关系建可得：由此可轨见：(1)当Kx＝Ky时，即烂两轴位置露增益相同蝴时，由睁于两轴跟颈随误差相搅抵消，导因而轮廓只误差E＝0。（2）当sin2θ＝0（即θ=0°或90°）时，E=0，即当巧沿着X或Y轴单轴运总动时，睡不存在轮兵廓误差。(3)实用中讯很难保斩证Kx与Ky完全相嘴等，由E的表达式青可以看出邻，Kx和Ky越大，越紫接近，所投产生的轮参廓误差就犁越小。因捧此，使两闭轴位置增在益匹配并源尽可能提踩高是很有膜必要的。郑需注意的烂是，由于抬暂态过渡它过程在数富百毫秒内么迅速完成拜，这里我愚们仅讨论奏的是稳态艇误差，与猜定位过程扔中分析道设理相同，裙过高的位衬置增益会裁对暂态过公程产生不责利影响。（4）轮码廓误差庄与编程陈进给速务度成正远比。3.对圆弧直领线加工轮资廓误差的岩影响圆弧插齐补轮廓爬误差分着析如图5.8所示。广图中，R为工件半运径；r为刀具舒半径；ε为圆弧加啊工误差；V为切削右进给速竞度；Kx、Ky为X、Y轴位置增径益；δx、δy为X、Y轴跟随误嗽差；φ为OB与X轴的夹箩角。图5.8圆弧插补俩轮廓误差汤示意图由图可陕知Vy=VcosφVx=Vsinφ因此在△AOB中，喝由余弦牙定理得(R+r+ε)2=(R+r)2+δ2V-2(R+r)δVcos况(90崭°-φ+α)即(R+r)2+2ε(R+r)+ε2=(R+r)2+δ2V+2(R+r)δVsin汉(α-φ)2ε(R+r)+ε2+δ2V+2(R+r)δVsin昂(α-φ)由于ε很小，ε2更小，迎可忽凳略不计裹，故由于所以由此可颂得出如跌下结论次：(1)当Kx＝Ky时，上棵式可简化妖为即，当木两轴增口益匹配吗时，所组加工出违的实际嘉轮廓仍泄为圆弧味，ε为一恒定床值，与φ无关，则误差在群于圆弧称半径的例大小不爬同。当蕉要求加撇工精度开高时，鲜可通过渐编程时闷修正圆不弧半径勒的方法景来解决轻。同时矿可看出ε与进给鱼速度成私正比，客与位置饲增益成典反比，榆因此提绣高位置拥增益对汽减小圆怠弧加工爸误差也村是很重倒要的。（2）当Kx≠Ky时，ε随着φ发生变化躬，所加止工的圆弧级将产生形海状误差。眉当Kx与Ky差别不很演大时，罢我们可忽泄略第一项先中φ对ε的影响。让而第二另项的大小烟与sin2φ成正比伙，因案此当Kx≠Ky时，所殿加工的圆桨弧将变成钢长轴位于45°或135°处的椭圆盆，如图5.9所示。同赌时可明显绍看出，当Kx=毅Ky时,提高Kx和Ky对减小狼误差ε有很大益锁处。图5.9增益不匹绕配时的圆裹弧轮廓误脾差4.对拐角汪轮廓误汉差的影锋响数控机床干在进行加炎工时，穿在两个轮望廓(直线或绝圆弧)的交接毕处会产洒生误差皆，此喘误差称字为拐角呈轮廓误门差。煌最简单犯和最容屡易理解桑的例子矮是沿着质两个正尸交坐标含轴加工遭拐角为购直角的枕零件，传如图5.1案0所示。当X轴的位里置指令醒到达后宋，另一便轴Y立即开始寻从零加速净至指定速介度运动。蒙但是由于X轴指令外位置与剑实际位松置之间法有V／Kx的滞后量彻。所以当Y轴开始鼻运动时,X轴尚在B点，形成过了图中所伴示的拐角渣误差。图5.10直线加工冲拐角轮廓谅误差当位置任增益较曾低时，醉若为外屯拐角则厕会切去前一个小嗓圆弧；窝若为内享拐角则黄会出现场欠切削罚。当位掩置增益裹过高时临，若为没外拐角油则会在解拐角处菌留下鼓敲包；若本为内拐环角则会铺出现过悟切削。泥拐角轮妨廓交接参的情况体是很复阴杂的，皮但只要锄注意以顺下几点些，就可胸以有效锯地控制迁拐角误产差的大队小。①选取动态振性能尽可总能好的伺锦服驱动装使置，这样泉就可以选飘取较高的诊位置增益虫，而不会灵产生超调惑。②如抓果对拐践角误差叔要求较拘高，要活尽可能散降低切提削速度书，因为榨跟随误皂差与切榨削进给笔速度是火成正比瞎的。③可捐在要求虽较高的睡轮廓交叶接处，妻加入一撤条G04延时指令潮，延时数渠十至数百ms，在这段柱时间里前角段廓加工舅时的跟随秃误差会迅浪速得以修即正。④采用尖角尼过渡指令(有些数战控系统班的指令僚为G07)。此指械令通常渠为一模棚态量，壳执行此酷指令后颗，数控思系统在仔每一轮虫廓进给订完成时病，均要锐检查跟碑随误差汉是否小诊于一定稿的值(该值可由翼用户在参丑数区中设汪置)。只有始当跟随断误差足浑够小后台，数控笛系统才眯会认为缺该段轮炭廓进给女结束(即到位)，下段轮临廓的进给盟才能进行雨。⑤使用数酬控系统效的自动架升降速违功能有气利于在野较小的君增益时狭，减小潜超调量出，从而希使用动菜态性能迎较差的店驱动装铃置可达赖到使用坛动态性灶能较好斩的驱动极装置的抽精度。纸除改善霞轮廓交顺接处精告度外，勤自动升插降速还谊降低了董加速度复的值，替从而减许小了对枯精密机裹械传动阳部件的伐冲击，期有利于刘机床精轮度的保伯持。5.4机械传画动链对劣位置控摊制特性头的影响5.4.戚1对机械传招动链的要垫求机械传悼动链通科常包括肢导轨、崇丝杠螺图母副、纺齿轮或落同步齿夫形带传衣动副及兆其支承例部件等俗。设计躁和选用调机械传汽动机构湿时，主以要考虑意以下几翼方面的破问题。1.提高传酷动精度竹和刚度默、消除爷传动间丧隙进给传黄动精度冲和刚度愿，主要煮取决于将丝杠螺狐母副或甜蜗轮蜗域杆副及衔其支承所结构的俩刚度。溉在半闭肾环系统陕中，传明动精度淋直接影厘响最终尸位移精悲度，因庭此通常锅需要采乒用较高断精度等掌级的丝岛杠螺母口副，并户采用预兵拉紧以匙消除热德伸长误甘差。刚健度不足帝还会导贪致工作爬台的爬删行和振身动。传动间中隙主要评来自传帝动齿轮身副、联焦轴节、糠丝杠螺闯母副等恋，应采白用预紧卷或其它虹消除间崇隙的结掉构措施料，在全姨闭环系禁统中，回机械传兰动误差壁均在闭漠环之内滴，但除部了丝杠肿的精度杰等级要纤求可略指低外，笔传动刚意度和间忌隙的要么求仍很文高，因兴为它们苹会使整抹个闭环斩系统产衔生振荡凉而不稳励定。那串种认为鸦全闭环叼系统可懒降低对闯传动刚怒度和间宽隙要求倍的想法喊是错误尚的。2.减小摩泡擦阻力摩擦阻力冒主要来自坡导轨和丝轨杠螺母副霉。为提扎高进给系外统的快速岂性，必施须减小运熔动部件的沙摩擦阻力缝，提高伙传动效率卖；同时厚还必须减醋小动、楚静摩擦力闲之差，锦消除低速题爬行。3.减小运动好惯量机械传眉动机构茄的惯量廉对进给先运动的杏动态性傅能有着璃很大的溜影响。5.4.疑2机械传嫂动链对宽位置控切制特性搏的影响1.刚度与授阻尼对巷位置控往制特性享的影响在数控退机床上榜，通刃常要求台伺服驱知动系统病的振荡暮角频率舱应比位诊置环的邀振荡角氧频率高法一倍，坝机械渗传动链术的振荡楚角频率狡应比伺蒜服驱动插系统的嚷振荡角猫频率高近一倍，峰而机众械传动狡振荡角浪频率主田要由传格动刚度腰决定，语也就赤是说应捷保证有颤足够的场传动刚猪度。机械传动培机构的阻都尼比与阻读尼系数成巩正比。诸这个阻尼曾系数决定霜了与转速隐成正比的谊摩擦力，裳增大阻尼贱系数可防刺止振荡，碑对全闭环亚位置环的摘稳定性有选很大好处尊。但是，援在增加只阻尼比(如通过枝工作台欲导轨的爹拉紧销)的同时番，会引炕起与速辜度无关缝的摩擦自力的增渣加（图5.1誉1中曲线上萍移）。该臂摩擦力会峰由于有限坊的机械传颜动刚度，巨而产生弹算性间隙(摩擦反泽转误差)。这种此间隙会宗在半闭惑环系统毫中引起恐加工误软差，而附在全闭席环系统棵中对位敬置环的混稳定性啊产生不湾良的影止响。图5.11摩擦特斯性曲线常见的闷摩擦特粒性曲线倚如图5.1抛1所示，腰各曲线的娇含义如下锅：曲线①窗与速度无友关的摩擦语特性曲线欢。曲线②恭大的静摩走擦以及与伐速度成正灵比的摩擦奇特性曲线蜘。曲线③惨大的拐静摩擦关以及与喂速度成坏反比的推摩擦特毁性曲线安。曲线④缠大的静摩己擦以及低所速时减少巷而高速时看又增加的习摩擦特性哑曲线。曲线⑤播小的称静摩擦相以及与廊速度成星比例增舟加的摩于擦特性皆曲线。曲线⑥郊只与速度肌成正比的浅摩擦特性谊曲线。其中①～嗽④属于滑梨动摩擦，弓⑤属于滚肆动摩擦，哄⑥是粘性悬摩擦（如汤静液压导里轨）。为珠了更直观浪地了解不团同摩擦特韵性对位置嗽控制特性师的影响，咽以图5.12为例，馒假定ωPA＝220s缩慧-1，反转误娘差与摩擦山反转误差然所引起的嫁间隙误差渴为24μm必,T＝l／80s、K＝40s-县1，针对6种不同的拾摩擦特性首曲线，相膏应的进给幅定位曲线纯如图5.13所示。由挤图可以看笛出：图5.12不同摩擦兰特性曲线舰对应的定把位运动图5.13间隙对于谦全闭环位惰置控制的榴影响（2εux为间隙职）(1）曲杜线Xi2比曲线Xi1有所改善扒，这是揉因为曲线Xi2所对应作的摩擦锄特性曲赔线摩擦急力与速榴度成正百比，爆由此可铲见适当伐的阻尼洗可改善肥位置响侵应特性傅。(2）曲线4是典型的制低速运动池爬行现象食。由于初铃始启动转既矩要求很属大，传动葱部件需预剥加载。发瓦生运动后蜂，摩擦力卵突然下降格，传动部挖件松弛，洋使工作台吸移动较长惕的距离。读而工作台石停止运动均后，运动顶部件需再戴次预加载巩。这种周蔬期不断重挥复，形成惜典型的爬缴行运动。(3)曲线Xi5和曲线Xi6则均表榆现出理狗想的位有置响应锅特性。由此可以祥得出以下窜结论：①传可动链必共须有足缠够的刚恳度，以勤提高固咏有振荡鸽角频率任。在半局闭环系仗统中，耳刚度过碗低会产徒生弹性后反转间反隙，由校于弹性驱间隙与印外部负潮载力矩另有关，泡因此无侨法通过CNC装置进行诵补偿，从鞠而形成加第工误差；染在全闭环威系统中，践如果刚度阀太低，将战引起位置主闭环系统暴的振荡和艘不稳定。②与速度成守正比的一滤定的阻尼哀是必要的羽，可防止萌全闭环系融统位置环铁振荡，增义加稳定性讯。在数控签加工过程宁中，工作渔台可能产豆生振动，狼特别在铣饭削时，由慢于刀具有陶数个刀齿猎，所以会险在机械传恳动谐振频刊率附近产堵生振荡；帆此时，若慎无阻尼，甚将影响加遣工的质量谣。但是，跟在增大阻醋尼的同时井，不应过景大地增加弃与速度无年关的摩擦筛力。否则辈，会因摩股擦过大，喷而引起弹红性反转间住隙，增加韵传动误差质。③为获得钓良好的姑位置控裕制特性唇与工件离表面加妨工质量具，应避俗免出现雾图5.1监1中④的扮摩擦特守性曲线托。可采奏用静压何导轨、浮滚动导避轨及聚激四氟乙抱烯贴塑铜导轨来奇改善其绞性能。2.间隙对位击置控制特颜性的影响间隙可共分为传妻动反向焦间隙和盘弹性间味隙。传支动反向敲间隙是震由齿轮腊副、丝往杠螺母舅副或蜗澡轮蜗杆泰副的间造隙引起融的，大楼小比较坚固定，峡可通过CNC装置的间庆隙补偿功鞠能来补偿洁。弹性间弹隙则是由燥于传动机怜构的刚度萌有限，在丈遇到大的旋摩擦阻力气或负载阻遇力时，产葡生的机械居变形而造哀成的间隙域。弹性间醋隙的大小捉不固定，键因此难以阅补偿。在半闭诉环系统胸中，传喂动间隙柜直接影慌响位置盛控制精稿度，因塔此需设准法降低愤其影响涂。通常拼，对于束传动反胳向间隙挺，大小珠比较固遗定，可不测量出局间隙的丑大小之列后输入竖到CNC装置中呜，通过CNC装置的间马隙补偿功万能来补偿颗。而弹性挖间隙的大厌小是不固怕定的，因纹此难以补经偿，只有划通过提高江系统刚度住、减小摩连擦阻力、瓶合理匹配郑负载来解覆决。对于全座闭环系径统，间升隙将影祥响位置筝闭环的鸟稳定性忍，会出术现超调贴和振荡凭，如图5.1黎3所示。要路避免超调童，就必须私降低位置愤增益，这胖将增大轮筝廓误差。很因此，也惠必须设法拖减小间隙往。3.惯量对位耀置控制特疤性的影响负载惯内量的大抖小对系伯统的动昏态品质曾有着重徐要的影缠响。太原则上霉负载惯去量应越悟小越好杏，但搅由于机皮床传动剪链的惯飘量是客绞观存在尊的，停而且提疤高传动坟刚度还宿可能进鞋一步加泡大其惯炊量，府因此考拣虑负载衫惯量匹悼配是非男常重要梅的。转矩平垮衡方程局为式中Mm为电动段机输出瓣转矩；M1为负载便切削转偿矩与摩帖擦转矩柴折算至阿电动机弱轴上的猛转矩；Jm、J1为电动机猪自身惯量洗、外部传炕动链折算靠至电动机饶轴上的惯策量；a为加速那度。由宫于(Jm档+J1寄)a加速转撇矩的存唯在，必季须要考虽虑电动劝机所能佛输出的妙最大转防矩与加冬速转矩坊的关系荷，即考虑虑加速毁时间、千总惯量封以及加共速转矩传之间的直关系。当不考虑M1时，电看动机加匀减速时溪输出转瓦矩为Mm=区(Jm尾+J1份)V/晚t，t为加减宴速时间持。不同公司北的产品，雀其短时输攀出的最大此转矩不同闯，所能输挤出最大转痒矩的时间显也不同。脱以SIEM导ENS交流伺服淋电动机为笔例，其所抱能输出的流最大转矩朋为额定转减矩的两倍营，最大转柜矩的输出仅时间为200封ms，因此辣加速时拼间与负赴载惯量握不能任屠意选择秧，否则添驱动装斜置可能窝出现过宁载而报喂警。从另一个缺角度来说俭，由Mm=(气Jm+J背1)a，当Jm=J偿1时，则Mm=2用Jma，假定棕加速时井电动机桐输出转阶矩为额浅定转矩朴的10倍，那临么负载指惯量J1将产生敲高达5倍额定惰转矩的葛瞬时力播加到电土动机轴示的输出筑上，而伪机械传红动链各辅零件的施强度在脱设计时稻一般是蓄按负载树转矩考粘虑的，锐负载转告矩小于干或等于币电动机介额定转览矩，因贵此如果搁加速转膨矩超过逝额定转阅矩过大岔，传动驴链各部耗件的使犬用寿命蛙及精度尝将会受霜到影响构。因此但当负载午惯量J1过大时，少即使驱动不装置的短按时加速转债矩够用，宗也要考虑蓬对传动链剥的影响。综上所涝述，刚都性与惯革量必须控权衡考撤虑。比么如对进愧给丝杠萝来说，霸长度一炊定时，京直径变室大增加柏了刚性昌但同时膀增大了告惯量。窃为减小蹄工作台积及丝杠凑惯量对恭驱动装倦置的影警响，常别用一级糟减速比副为i的减速养齿轮传东动机构促，它可奇以使外窜部惯量筒折算至漠电动机冶轴上时嚼减小l／i2倍，同时唯电动机输盏出的输出店转矩增大i倍，因此坝可以选用素较小的电书动机。但羡采用齿轮狸传动机构巧会降低最占高进给速搭度，存在鸦间隙，并瞎可能产生装噪音。因制此，在进内给系统中对，如果需眯要减速机五构，更多就地采用同辱步齿带，纽奉因为同步苏齿带传动男精度高．挤制造费用卵低、噪音安小，并且窑有足够的母刚性。5.5进给运镇动控制登参数的酿设置设置进熊给运动淋控制参保数的目箭的，是型为了使男数控系废统与被陈控制的劣机床传柴动机构笼相匹配粪。这就谣和微机笋的CMOS设置一样筐，合理地耀设置微机阀的CMOS数据，可子以充分发舞挥微机系每统的性能观；合理地烫设置数控螺系统的进袜给运动控著制参数，么可以充分届发挥数控凡机床的性税能，提高屠加工精度存和效率。在实际应培用中，不赴同的数控造系统产品丧，对进给济运动控制旗参数的定焰义及分类显各不相同钓，但其作湾用都是一爪样的。例储如在FANU辫C系统中称扎为机床参味数（PARA钳METE傍R），在SIE畏MEN制S数控系贴统中叫暴做机床介数据（Mac播hin抄Da稿ta—率MD）。西门理子810数控系统达的机床数柿据分为通辫用数据、纱轴数据、肠主轴数据才、机床数溉据位等几予类；西门糟子802S数控系统确的机床数遮据分为显克示机床数轻据、通用兴机床数据器、轴数据霜等几类。免按照其功聋能作用，切分以下几企类进行介闸绍。5.5.导1一般参法数的设挽定1.倍频数与太分辨率倍频数与故所用的传棉感器有关帮，如使传用方波输推出型光电燃编码器，腹则可选街择1、2或4倍频；填如使蛙用正弦僚波输出伙型光电线编码器穴或光栅盾，则己可选择5、10或20倍频。育进给轴分晌辨率由编蝇码器每转早输出脉冲炭数（P/r）、位齿置检测接绘口倍频数宰（KB）以及传幅动机构的主传动比（mm/r）共同忌决定，劫一般躬为0.0疗01测mm、0.00朽2mm、0.0欣05钓mm、0.01烛mm等。计齐算式为2.正、负向蛇限位为保障数壤控设备的葡安全，需荣要对进给贫部件的移衡动范围进蒙行限制，商具体措施荷包括硬件阻和软件两揉个方面在硬件方演面，通常辰是在其极骄限位置设邪置行程限挽位开关，猜一旦行程底限位开关问被压下，伪就立即切桥断进给驱族动电源，悲并通知数鹅控装置产担生超程报性警。在逻再辑上与急林停（EMG）信号相卡“与”，拨且不允许辫自动恢复蜓。在软件积方面，处可通过出合理设鸽置各坐承标轴的凭正、负溜向软限匙位参数尺实现。脾软限位啄通常设银定在进衡给轴硬丙件超程粮限位开论关的内仅侧，一堆旦坐标涝值超越距此限制逮，就立示即停止尺进给，斗并产生冲报警信刮息，但倡允许自牵行恢复面。由于犯软限位皮是在机哄床坐标华系中建旬立的，烦因此该急功能只精有在通夜过返回僻参考点哨操作，艳建立起姐机床坐昂标系后恒，才能哈有效。众在西门羊子802S中，MD3通611价0为正向软驳限位，MD36险100为负向券软限位睡。3.快速移督动速度酬、最垂大切削粮进给速帝度目前的CNC系统一般酒都能达到臂很高的快晃速移动速扯度与最大泰切削速度时。在应浮用于具体党的机床时甜，由于昨机械强度父有限，遍还要考虑构惯性的影咸响，因势而必须根棒据所配机凑床的具体梯情况而定帜。在西门宝子802S中，MD3辰200页0为最高顿移动速秧度，MD3洞201帮0为快速签点动（JOG）速度，MD3膊202叉0为点动膜（JOG）速度。4.到位范围由于运动非过程中跟氧随误差的节存在，昨使轮廓的晓转接为圆协角过渡。陵当执行每尖角过渡腥指令时，掘数控系践统每执行贱完一个运粥动程序段毒，就自梳动判别跟丈随误差是俩否小于到免位范围，旋如不满诞足，即撞处于等待俗状态，注直至跟随狠误差修正摆至小于到鄙位范围才稻执行下一阻程序段。在西门子802食S中，MD3蜜600旅0为粗定钢位范围南，MD3讯601弄0为精定挡位范围醉，MD36阅050为夹紧容使差。一般享粗定位范钓围约50u鸟m，精定位搂范围约10u宪m，夹紧絮容差约20um。夹紧容喇差是指定染位结束后碧，由于电糟机制动或嫁进给部件抢受外力作滴用而造成怎的位置偏昨差范围。但必需巨注意，遮由于伺钳服系统开存在一做定的死示区，如懂果到位蚂范围设际置太小推，则数悄控装置荐无法将鹊跟随误淹差修正蒜至小于队到位范仓围，系陷统会无愈限等待堪下去而典造成死虾机。5.变增益饥位置控佛制参数现代数控勿系统均采量用变增益钳的位置控经制，其像增益设置售如图5.14所示。（1）K1为进给氏切削时误的增益纲，一刚般要尽问可能高漠一些，杆以减吊小跟随主误差。图5.1梳4变增益井位置控毙制参数烈设置（2）K2为快速更定位（G00）时的段增益。嘴由于快狗速定位摩时不进疗行切削址加工，搜为减小肌起动制知动时的搬加速度鸭，从而姨减小对冻机床进收给机构甜的冲击向，可将统位置增路益减小秤为K1的50％～80％。（3）Emax为最大跟原随误差。（4）Eb为变增益扫转折点，答一般应工设定为比戴机床最高套切削速度端所对应的昂跟随误差哨略大一些谁。（5）Vm为最小模竟拟电压输益出值，用施来克服伺身服驱动的柳死区。由店于伺服单信元存在一坏定的死区绣，当模拟隙控制电压胖小于一定迎值时，伺他服单元已值无输出，惑电动机停全止运动，蝇这样就无涝法修正剩炭余的跟随雁误差。合字理设置Vm则可克身服这一岁现象。由但如果Vm选择过棒大，则婚会在定岂位点处舒产生震它荡。6.升降速参绸数进给轴缠运动的参速度变桑化可分晚为无升拍降速、被直线秆升降速划与指数阿升降速习三种，砖其速分度与加政速度变反化曲线腔如图5.1浇5所示。图5.15不同升降娱速方式的洒速度与加水速度曲线盟(a)无升降高速；(b)直线升降辟速；(c)指数升降掠速无升降让速时，智在速度煤变化瞬构间，加讯速度为抵无穷大赏，这时阿会产生区很大的决机械冲百击，因衬此通常芬不宜采州用。直峡线升降柏速的加叔速度恒食定，并攀限制在酒一定范真围之内新。指数浮升降速斗时，加船速度的霜变化无争突变，惊速度变抄化更加输平滑，曾但加减遍速时间承较长。一般可概通过设执置升降项速方式器和升降奸速时间择等参数本，来调不整机床拜的升降斑速性能伸。在西拼门子802程S中，采用罗直线升降罩速方式，里升降速时目间由最大刻加速度MD32拖300设定，匙单位为m/m挥in27.单向定位裂参数设置单向巷定位参数挎，可提养高快速定东位（G00）的定捧位精度哲。该堆项参数遍中，P1为单向定嚼位的方向堡，P2为接近挥点到定派位点的狠距离，P3为定位趋百近速度。停如果指令塘运动方向叹与P1一致，涌则当运动针到接近点(未达到丑定位点)时减速耗，以P3速度趋近国定位点；巩如果指霸定运动方壤向与P1相反，满则首与先运动赏超过定提位点至宣接近点摘，再垒改变运露动方向知，并布以P3速度趋近泽定位点，限如图5.1苏6所示。图5.16单向定衔位过程霜示意图8.报警保护厌参数(1)超速保啄护参数筝通过对喜计数频匹率的限瘦制实现宝超速报夺警保护今。(2)最大跟弦随误差忽报警参亩数。跟律随误差倍作为位童置控制替过程中壳的一个轰重要数深据，可治用于较公全面地讯判断位呀置控制经是否处扶于正常倍状态。5.5阔.2返回参未考点参监数设置参考点是附为了确定擦机床原点抚而设置的描可测量位京置点。数篇控机床每轿次开机上惠电后，必六须通过返岭回参考点见操作（或歇回零操作纪）才能建饥立机床坐桨标系。因角此，正确爹设置返回纪参考点参平数，对保牛证机床的热位置控制客精度时十释分重要的兽。不同的CNC系统，塘其返回涛参考点御的动作称细节会鞠有所不释同；但壶一般来出说，都袭是先通务过减速羞行程开暑关粗定穴位，然绕后再由合精定位熄开关或似编码器姓零位脉怕冲精定惑位两个摸步骤。红通常需遍要设定浇如下参戏数。1.返回参考健点方式根据返回俊参考点的垄动作步骤净不同，扶可大致分嘱为以下3种返回参层考点方式祥。（1）方眼式1：按废下返回真参考点稠操作按勇钮后，词按设分定的运猪动方向研快速返小回，聚在挡块钉压下参器考点开平关（粗惭定位开游关）后宽立即减景速，赵以低速语继续返爸回，贷直至挡截块释放妙才开始麦寻找零殊脉冲；姜零脉粱冲到来桨时立即盘停止，歪如图5.1辈7（a）所示载。（2）方替式2：按永下返回捉参考点择操作按网钮后，汁按设牌定的运株动方向蜓快速返臂回，贵压下参匠考点开瞎关后立馒即减速袜并改变序方向，醒低速方退出挡筑块，慌再反向晚寻找零镜脉冲；耀零脉盟冲到来请时立即臭停止，医如图5.1苗7（b）所示。（3）方倚式3：按知下返回旺参考点艇操作按且钮后，顶按设炒定的运骂动方向蛛快速返稳回，席压下参腥考点开延关后立料即减速跨，不浑需等待蒜挡块释土放；逼当速度鼠降为设步定低速转后即开棵始寻找公零脉冲针，零柜脉冲到义来时立殖即停止亿，如传图5.1榜7（c）所示。在西门子802S数控系腔统中，宾由机床阳数据MD3斩420涂0设定。图5.1胳7返回参涨考点方饰式2.返回参考米点方向参考点波粗定位替开关一酿般安装鸽在丝杠澡的末端应，返回判参考点耽方向一敏般为远座离工件膊的方向周，返回告参考点左操作为目单方向忆操作，叹此时另游一个方尝向的按映钮无效腹。在西因门子802S中，返影回方向精由MD34穗010设定。3.返回参考醒点速度即品返回参考赖点粗定位炮速度，为威了提高效含率，一般川设定比较凯高的返回悔速度。在芦西门子802飞S中，由MD3独402捎0设定，骗默认值挨为5000品mm/m阿in。4.寻找零脉弊冲速度为僵了定位准械确，必须乏以较低速支度趋近。盏在西门子802捐S中，由MD34长040设定，默垒认值为300m域m/mi哀n。5.参考点呀坐标即俩参考点遇相对机在床零点贴的坐标童值，可尸在机床碎出厂调您试时测葡量并输冷入到CNC中。当返惜回参考点我操作完成助后，显示钢器即显示矩出机床参蜜考点在机示床坐标系押中的坐标馆值。在西判门子802敢S中，由MD34属090设定。5.5.死3进给运调动的补迁偿设定在机械传橡动链中，竿影响进给忧位置控制想特性的各壮种因素是再客观存在底的，由此竞会造成进歪给位置控齐制的误差甘。对于不某可测量的斩动态误差盏，只有通泄过提高传乏动机构的斧精度和刚离性等加以唐解决；而叛对于一些地有规律的衰、可以测干量的误差庆，可以利舰用数控系御统提供各夸种补偿功枕能进行自梢动补偿，港以提高加荡工零件的书精度。一四般的数控后系统，都狗具有间隙谢补偿和螺课距误差补椅偿功能。1.间隙补冷偿在进给衫传动链两中，齿敲轮传动级、滚珠救丝杠螺丈母副等椅均存在烘反转间子隙，这禁种反转失间隙会锄造成在突工作台疮改变方圆向时，尤电动机掌空走而融工作台欧不运动聪，从而捎造成加丛工误差饲。为此害，可用律激光干贝涉仪等拳测量工搂具测出粪间隙值上，作为栽参数输扮入CNC系统中，齐由CNC装置自跑动补偿滨。其补骡偿过程厚为，每的当坐标栽轴改变共方向时馒，CNC装置会樱控制电类动机多勉走一段些距离（森一个间苹隙值）寒，从而贺补偿了税间隙误末差。在叛西门子802摇S中，间疗隙由MD3天245蹈0设定。2.螺距误差晌补偿在数控机详床上，定常位精度主尼要取决于仗滚珠丝杠咬的精度。希尽管可以栏采用高精办度的滚珠隶丝杠，但诵制造误差搅总是存在岁的。此外矿，在数控脑机床使用妙中，由于额磨损，丝吨杠精度也锁会下降。铅因此，需释要利用数合控系统的葱螺距误差两补偿功能器加以补偿渔，以得到滔超过滚珠诉丝杠制造辅精度的运槽动精度，肃并可通过秀定期测量守与补偿，闻在保持精扎度不变的口前提下，亩延长机床视使用寿命送。螺距误乒差补偿识的基本洋原理是呈，将数膏控机床凭某轴的循指令位糠置与高留精度位王置测量斥工具所私测得的霉实际位波置相比悬较，计抢算出在限全行程唤上的误穴差分布燥曲线，敌将误差元以表格筛的形式推输入数储控系统康中。以吴后数控岂系统在享控制该从轴运动撞时，会田自动计弃算加以景补偿。尖如图5.1埋8所示，为幻玉某系统测论