[發明專利]一種全閉環伺服系統的數控機床反向間隙監測方法

有效

• 申請號: 201310736937.0
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103753351A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 林京;史生宇;王琇峰;趙明
• 申請（專利權）人: 西安瑞特快速制造工程研究有限公司
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00;G01B21/16
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明涉及機床精度監測與控制領域，特別涉及一種全閉環伺服系統的數控機床反向間隙監測方法。

背景技術

機床的跟隨誤差和輪廓誤差是機床精度性能的主要評價指標，跟隨誤差是指單軸伺服指令位置與實際位置間的差值，輪廓誤差是指實際位置到指令軌跡的正交距離。伺服軸在改變進給方向時會出現反向間隙，對于全閉環伺服系統的數控機床，反向間隙的出現嚴重的造成伺服系統巨大的時間滯后性和跟隨誤差，巨大的跟隨誤差也導致了輪廓加工時較大的輪廓誤差。例如在進行圓輪廓加工時，伺服軸進給方向在變象限處改變，由此會導致較為突出的輪廓誤差，稱此為變象限誤差。在數控機床伺服軸傳動鏈中，動力傳動環節如聯軸器，齒輪副，滾珠絲杠副等均存在反向間隙，因此非直接驅動伺服軸系統中一定存在反向間隙。由于齒輪，滾珠絲杠的加工誤差，磨損等造成機床伺服軸反向間隙在不同位置處是不相等的，而且在位置域也表現為一定的周期性波動特性，因此只有測試整個行程各個位置點的反向間隙才能全面準確的評價伺服軸反向間隙狀況。在目前的反向間隙的測試中，利用外置傳感器測量一個位置或極少位置點處的反向間隙值，并用過于稀疏的反向間隙值近似擬合估計全程的反向間隙狀況，測試工具一般采用千分表、百分表或者激光傳感器等外置傳感器，測量方法多為手動測試，因此已有的測試方法誤差較大，且不能獲得整個行程反向間隙的波動情況。目前反向間隙誤差的分析是基于半閉環伺服系統的數控機床，但是對于全閉環伺服系統的數控機床，反向間隙誤差產生的機理是不同的，因此需要重新研究反向間隙誤差的影響方式以保證間隙輪廓誤差在允許的誤差范圍內。

申請號201010557048.4的專利利用百分表測試某一些位置點的機床反向間隙，該方法并不能測量描述出整個進給行程內任意一點處的反向間隙情況，而且為手動測試，對操作人員的要求較高。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種全閉環伺服系統的數控機床反向間隙監測方法，該監測方法自動化程度較高，監測成本較低，監測可靠性高。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種全閉環伺服系統的數控機床反向間隙監測方法，包括以下步驟：

步驟1，伺服軸在測試反向間隙的行程內以速度v勻速正向進給，同時利用編碼器采集卡基于同一采樣頻率f測試電機位置x_m(t)和工作臺位置x_l(t)，f的選取需滿足奈奎斯特采樣定理；

步驟2，在步驟1測試中，電機起始位置坐標為a，終點位置坐標為b，則可構造為首項是a，末項是b，間距是D的確定等間距電機位置值序列x_m(n)作為插值點序列，也即參考位置序列，其中D<vf;]]>

步驟3，根據等時間采樣的電機位置序列x_m(t)和工作臺位置序列x_l(t)，利用三次樣條插值重新計算等間隔電機位置序列x_m(n)處的工作臺位置序列x_l+(n)，得到正向進給時工作臺位置—參考位置圖，即x_l+(n)—x_m(n)曲線；

步驟4，伺服軸在測試行程內勻速反向進給，然后重復步驟1至步驟3過程，計算反向進給時參考位置x_m(n)處的工作臺位置序列x_l-(n)，得到反向進給工作臺位置—參考位置圖，即x_l-(n)—x_m(n)曲線；

步驟5，步驟3與步驟4分別得到了電機正、反向運動時，參考位置x_m(n)處的工作臺位置序列x_l+(n)與x_l-(n)，兩次所測的不同工作臺位置序列差值就表征了參考位置處x_m(n)的反向間隙序列c(n)：

c(n)=x_l-(n)-x_l+(n)????（1）

由此得到參考位置—反向間隙曲線，即x_m(n)—c(n)曲線；

步驟6，以反向間隙c(n)的最大值c_max作為反向間隙監測值；

步驟7，由反向間隙計算輪廓誤差：