進(jìn)給伺服系統(tǒng)介紹.ppt

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1、第四章 進(jìn)給伺服系統(tǒng),內(nèi)容提要 本章將詳細(xì)討論進(jìn)給伺服系統(tǒng)的軟件硬件結(jié)構(gòu)；進(jìn)給伺服系統(tǒng)基本功能的原理及實(shí)現(xiàn)方法。,第一節(jié) 概述,. 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的定義及組成 . 定義： 進(jìn)給伺服系統(tǒng)(Feed Servo System)以移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。,組成： 進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：位置控制單元；速度控制單元；驅(qū)動(dòng)元件(電機(jī))；檢測(cè)與反饋單元；機(jī)械執(zhí)行部件。,一、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的定義及組成,調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性(在調(diào)速范圍內(nèi)) 調(diào)速范圍： 一般要求： 穩(wěn)定性：指輸出速度的波動(dòng)要少，尤其是在低速時(shí)的平穩(wěn)性顯得特別重要。,二、NC機(jī)床對(duì)數(shù)控進(jìn)

2、給伺服系統(tǒng)的要求,輸出位置精度要高 靜態(tài)：定位精度和重復(fù)定位精度要高，即定位誤差和重復(fù)定位誤差要小。(尺寸精度) 動(dòng)態(tài)：跟隨精度，這是動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，用跟隨誤差表示。 (輪廓精度) 靈敏度要高，有足夠高的分辯率。,負(fù)載特性要硬 在系統(tǒng)負(fù)載范圍內(nèi)， 當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，輸出速度應(yīng)基本不變。即F盡可能小； 當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，要求速度的恢復(fù)時(shí)間短且無(wú)振蕩。即t盡可能短； 應(yīng)有足夠的過(guò)載能力。 這是要求伺服系統(tǒng)有良好的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)剛度。,響應(yīng)速度快且無(wú)超調(diào) 這是對(duì)伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的要求，即在無(wú)超調(diào)的前提下，執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度的建立時(shí)間 tp 應(yīng)盡可能短。 通常要求從 0Fmax（Fmax0），其時(shí)間

3、應(yīng)小于200ms，且不能有超調(diào)，否則對(duì)機(jī)械部件不利，有害于加工質(zhì)量。,能可逆運(yùn)行和頻繁靈活啟停。 系統(tǒng)的可靠性高，維護(hù)使用方便，成本低。 綜上所述： 對(duì)伺服系統(tǒng)的要求包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性兩方面； 對(duì)高精度的數(shù)控機(jī)床，對(duì)其動(dòng)態(tài)性能的要求更嚴(yán)。,第二節(jié) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置,一、概 述 組成：位置測(cè)量裝置是由檢測(cè)元件（傳感器）和信號(hào)處理裝置組成的。 作用：實(shí)時(shí)測(cè)量執(zhí)行部件的位移和速度信號(hào)，并變換成位置控制單元所要求的信號(hào)形式，將運(yùn)動(dòng)部件現(xiàn)實(shí)位置反饋到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。 閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由位置檢測(cè)裝置的精度決定的，在

4、設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)，尤其是高精度進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，必須精心選擇位置檢測(cè)裝置。,1.進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)位置測(cè)量裝置的要求 高可靠性和高抗干擾性： 受溫度、濕度的影響小，工作可靠，精度保持性好，抗干擾能力強(qiáng)； 能滿足精度和速度的要求： 位置檢測(cè)裝置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的分辨率（一個(gè)數(shù)量級(jí)）； 位置檢測(cè)裝置最高允許的檢測(cè)速度應(yīng)數(shù)控機(jī)床的最高運(yùn)行速度。 使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境； 成本低。,. 位置檢測(cè)裝置的分類,按輸出信號(hào)的形式分類：數(shù)字式和模擬式 按測(cè)量基點(diǎn)的類型分類：增量式和絕對(duì)式 按位置檢測(cè)元件的運(yùn)動(dòng)形式分類：回轉(zhuǎn)型和直線型,常用位置檢測(cè)裝置分類表,分類,. 感應(yīng)同步器,感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)

5、及分類 結(jié)構(gòu),sin,cos,,,節(jié)距2（2mm）,,,,,節(jié)距（0.5mm）,定尺,滑尺,感應(yīng)同步器的工作原理.,感應(yīng)同步器是利用勵(lì)磁繞組與感應(yīng)繞組間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，由于電磁耦合的變化，感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化，借以進(jìn)行位移量的檢測(cè)。感應(yīng)同步器滑尺上的繞組是勵(lì)磁繞組，定尺上的繞組是感應(yīng)繞組。,,U0,U0,1,,定尺,滑尺,1,感應(yīng)同步器的信號(hào)處理原理,滑尺正旋繞組上加激磁電壓Us后，與之相耦合的定尺繞組上的感應(yīng)電壓為： Uos=KUScos1 滑尺余旋繞組上加激磁電壓Uc后，與之相耦合的定尺繞組上的感應(yīng)電壓為： Uoc=KUccos（1+/2） =K Ucs

6、in1,滑尺正、余旋繞組上同時(shí)加激磁電壓Us、 Uc時(shí)，感應(yīng)同步器的磁路可是為線性的，根據(jù)疊加原理，則與之相耦合的定尺 繞組上的總感應(yīng)電壓為： Uo =Uos+ Uos=KUScos1K Ucsin1 K 電磁感應(yīng)系數(shù) 1 定尺繞組上的感應(yīng)電壓的相位角,滑尺與定尺 相對(duì)位移量 x 的求?。? 2: 2= x : 1 x = 1 結(jié)論：相對(duì)位移量 x 與 相位角1 呈線性關(guān)系，只要能測(cè)出相位角1 ，就可求得位移量 x 。 根據(jù)滑尺正、余旋繞組上激磁電壓Us、 Uc供電方式的不同可構(gòu)成不同檢測(cè)系統(tǒng)-鑒相型系統(tǒng)和鑒幅型系統(tǒng)。,鑒相型系統(tǒng)的工作原理,在鑒相型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、幅值

7、相同，相位差為 /2的交變電壓： US = Um sint UC = Um cost 則： Uo =Uos+ Uos=KUScos1K Ucsin1 = K Um sint cos1K Um cost sin1 = K Um sin（t 1） 結(jié)論：只要能測(cè)出Uo與US相位差1 ，就可求得滑尺與定尺相對(duì)位移量 x 。,鑒幅型系統(tǒng)的工作原理,在鑒幅型系統(tǒng)中，激磁電壓是頻率、相位相同，幅值不同的交變電壓： US = Um sin2sint UC = Um cos2sint 2= x 2 （ x 2是指令位移值） Uo = Uos+ Uos=KUScos1K Uc

8、sin1 = K Um sin2 cos1sint K Um cos2sintsin1 = K Um sin（21）sint 結(jié)論：只要能測(cè)出Uo與UC相位差1 ，就可求得滑尺與定尺 相對(duì)位移量 x 。,. 脈沖編碼器,脈沖編碼器又稱碼盤，是一種回轉(zhuǎn)式數(shù)字測(cè)量元件，通常裝在被檢測(cè)軸上，隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換為增量脈沖形式或絕對(duì)式的代碼形式。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式碼盤可分為接觸式、光電式和電磁式3種。其中，光電碼盤在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多，而由霍爾效應(yīng)構(gòu)成的電磁碼盤則可用作速度檢測(cè)元件。另外，它還可分為絕對(duì)式和增量式兩種。,. 增量脈沖編碼器,結(jié)構(gòu)及工作原理,光電碼盤隨被測(cè)

9、軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在光源的照射下，透過(guò)光電碼盤和光欄板形成忽明忽暗的光信號(hào)，光敏元件把此光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理裝置的整形、放大等處理后輸出。輸出的波形有六路： 其中， 是 的取反信號(hào)。,,A,B,,,,,90,輸出信號(hào)的作用及其處理,A、B兩相的作用 根據(jù)脈沖的數(shù)目可得出被測(cè)軸的角位移； 根據(jù)脈沖的頻率可得被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速； 根據(jù)A、B兩相的相位超前滯后關(guān)系可判斷被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)方向。 后續(xù)電路可利用A、B兩相的90相位差進(jìn)行細(xì)分處理（四倍頻電路實(shí)現(xiàn)）。,Z相的作用 被測(cè)軸的周向定位基準(zhǔn)信號(hào)； 被測(cè)軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)記數(shù)信號(hào)。 的作用 后續(xù)電路可利用A、 兩相實(shí)現(xiàn)差分輸入，以消除遠(yuǎn)距離傳輸

10、的共模干擾。,增量式碼盤的規(guī)格及分辨率,規(guī)格 增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)； 現(xiàn)在市場(chǎng)上提供的規(guī)格從 36線/ 轉(zhuǎn) 到 10萬(wàn)線 /轉(zhuǎn) 都有； 選擇：伺服系統(tǒng)要求的分辨率； 考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。 分辨率（分辨角） 設(shè)增量式碼盤的規(guī)格為 n 線/轉(zhuǎn)：,. 絕對(duì)式編碼器,結(jié)構(gòu)和工作原理 碼盤基片上有多圈碼道，且每碼道的刻線數(shù)相等； 對(duì)應(yīng)每圈都有光電傳感器； 輸出信號(hào)的路數(shù)與碼盤圈數(shù)成正比； 檢測(cè)信號(hào)按某種規(guī)律編碼輸出，故可測(cè)得被測(cè)軸的周向絕對(duì)位置。,絕對(duì)編碼盤的編碼方式及特點(diǎn) 二進(jìn)制編碼： 特點(diǎn)：編碼循序與位置循序相一致，但可能產(chǎn)生非單值性誤差。 誤差分析：,,,,,111

11、1,1000,格雷碼（循環(huán)碼、葛萊碼） 特點(diǎn)：任何兩個(gè)編碼之間只有一位是變化的，因而可把誤差控制在最小單位上。但編碼與位置循序無(wú)直接規(guī)律。,格雷碼的編碼方法 它是從二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換而來(lái)的，轉(zhuǎn)換規(guī)則為： 將二進(jìn)制碼與其本身右移一位后并舍去末位的數(shù)碼作不 進(jìn)位加法，得出的結(jié)果即為格雷碼(循環(huán)碼)。 例題： 將二進(jìn)制碼0101轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的格雷碼：,絕對(duì)式碼盤的規(guī)格及分辨率,規(guī)格 絕對(duì)式碼盤的規(guī)格與碼盤碼道數(shù) n 有關(guān)； 現(xiàn)在市場(chǎng)上提供從 4道 到 18道 都有； 選擇：伺服系統(tǒng)要求的分辨率； 考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。 分辨率（分辨角） 設(shè)絕對(duì)式碼盤的規(guī)格 n 道：,. 光電編碼器的特點(diǎn),非接觸測(cè)量，

12、無(wú)接觸磨損，碼盤壽命長(zhǎng)，精度保證性好； 允許測(cè)量轉(zhuǎn)速高，精度較高；。 光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強(qiáng)； 體積小，便于安裝，適合于機(jī)床運(yùn)行環(huán)境； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短； 碼盤基片為玻璃，抗沖擊和抗震動(dòng)能力差。,第三節(jié) 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),一、概述 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：由進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的 電機(jī)及其控制和驅(qū)動(dòng)裝置 組成。 電機(jī)：進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力部件，它提供執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)所需的動(dòng)力，在數(shù)控機(jī)床上目前常用的電機(jī)有： 步進(jìn)電機(jī) 直流伺服電機(jī) 交流伺服電機(jī) 直線電機(jī)。,速度單元：電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)裝置，通常驅(qū)動(dòng)電機(jī)與速度控制單元是相互配套供應(yīng)的，其性能參數(shù)都是進(jìn)行了相互匹配，這樣才能獲得高性能的系統(tǒng)指標(biāo)。 速度控制

13、單元主要作用：接受來(lái)自位置控制單元的速度指令信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)運(yùn)算(目的是穩(wěn)速)，將其變換成電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量(頻率，電壓等)，再經(jīng)功率放大部件將其變換成電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電量，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)按要求運(yùn)行。簡(jiǎn)言之：調(diào)節(jié)、變換、功放。,進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)（與主運(yùn)動(dòng)（主軸）系統(tǒng)比較）： 功率相對(duì)較?。?控制精度要求高； 控制性能要求高，尤其是動(dòng)態(tài)性能。,、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)裝置,步進(jìn)電機(jī)流行于70年代，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易、維修方面，且控制為全數(shù)字化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率驅(qū)動(dòng)電路之外，其它部分均可由軟件實(shí)現(xiàn)，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。因此，這類系統(tǒng)目前仍有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)。目前步進(jìn)電機(jī)僅用于小容量、低速、精度

14、要不高的場(chǎng)合，如經(jīng)濟(jì)型數(shù)控；打印機(jī)、繪圖機(jī)等計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備。,、直流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng),直流電機(jī)的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上的，電磁力的大小正比于電機(jī)中的氣隙磁場(chǎng)，直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組所建立的磁場(chǎng)是電機(jī)的主磁場(chǎng)，按對(duì)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁方式不同，直流電機(jī)可分為： 他激式、 并激式、 串激式、 復(fù)激式、 永磁式。 20世紀(jì)8090年代中期，永磁式直流伺服電機(jī)在NC機(jī)床中廣泛采用。,直流伺服電機(jī)的特點(diǎn),過(guò)載倍數(shù)大，時(shí)間長(zhǎng)； 具有大的轉(zhuǎn)矩/慣量比，電機(jī)的加速大，響應(yīng)快。 低速轉(zhuǎn)矩大，慣量大，可與絲桿直接相聯(lián)。 調(diào)速范圍大：12000。 帶有高精度的速度和角位置檢測(cè)元件； 電機(jī)允許溫度達(dá)150以上，由

15、于溫升高，影響機(jī)床精度 因轉(zhuǎn)子慣性大，電源容量以及機(jī)械傳動(dòng)件的剛度都需相應(yīng)增大。 電刷、維護(hù)不便,、交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng),由于直流伺服電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能， 80年代初至90年代中，在要求調(diào)速性能較高的場(chǎng)合，直流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但其卻存在一些固有的缺點(diǎn)，即： 電刷和換向器易磨損，維護(hù)麻煩 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高 而交流伺服電機(jī)則沒(méi)有上述缺點(diǎn)。特別是在同樣體積下，交流伺服電機(jī)的輸出功率比直流電機(jī)提高10%70%，且可達(dá)到的轉(zhuǎn)速比直流電機(jī)高。因此，人們一直在尋求交流電機(jī)調(diào)速方案來(lái)取代直流電機(jī)調(diào)速的方案。,,,,,編碼器,轉(zhuǎn)子（永磁體）,定子,繞組線圈,,接線盒,,電機(jī)

16、軸,. 分類,. 交流伺服電機(jī)的速度控制單元,交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速 n 調(diào)速的理論基礎(chǔ) 結(jié)論：交流伺服電機(jī)變頻調(diào)速的關(guān)鍵是要獲得可調(diào)頻調(diào) 壓的交流電源,調(diào)頻調(diào)壓電源的分類,電壓型變頻器方案示意圖,電壓型變頻器工作原理 結(jié)論：變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)壓的關(guān)鍵 是逆變器控制端獲得要求的 控制波形（如SPWM波）。,控制波形的實(shí)現(xiàn)方式（電機(jī)調(diào)速的控制方式）： 相位控制； 矢量變換控制； PWM控制； 磁場(chǎng)控制；,第四節(jié) 典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)(位置控制),. 開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)(Open-Loop System) 不帶位置測(cè)量反饋裝置的系統(tǒng)； 驅(qū)動(dòng)電機(jī)只能用步進(jìn)電機(jī)； 主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控或普通機(jī)

17、床的數(shù)控化改造,. 步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì),步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要解決的主要問(wèn)題： 動(dòng)力計(jì)算 、傳動(dòng)計(jì)算、 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)或選擇 目的：傳動(dòng)計(jì)算選擇合適的參數(shù)以滿足脈沖當(dāng)量和進(jìn) 給速度F的要求。 圖中：f 脈沖頻率（HZ ） 步距角 （度） Z1、Z2 傳動(dòng)齒輪齒數(shù) t 螺距(mm) 脈沖當(dāng)量（mm）,傳動(dòng)比選擇： 為了湊脈沖當(dāng)量mm，也為了增大傳遞的扭矩，在步進(jìn)電機(jī)與絲桿之間，要增加一對(duì)齒輪傳動(dòng)副，那么，傳動(dòng)比i=Z1/Z2與、 、t之間有如下關(guān)系： 例： = 0.01 t = 6 mm = 0.75,,進(jìn)給速度F： 一般步進(jìn)電機(jī)： 若：=0.01 mm 則：

18、若 =0.001mm 則： 因此，當(dāng) 一定時(shí)， 與成正比，故我們?cè)谡劦讲竭M(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的最高速度時(shí)，都應(yīng)指明是在多大的脈沖當(dāng)量下的 否則是沒(méi)有意義的。,. 提高步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)精度的措施,概述 影響步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)傳動(dòng)精度的因素： 步進(jìn)電機(jī)的步距角精度； 機(jī)械傳動(dòng)部件的精度； 絲桿等機(jī)械傳動(dòng)部件、支承的傳動(dòng)間隙； 傳動(dòng)件和支承件的變形。 提高步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)傳動(dòng)精度的措施 適當(dāng)提高系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)的精度； 采取各種精度補(bǔ)償措施。,傳動(dòng)間隙補(bǔ)償 在整個(gè)行程范圍內(nèi)測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)間隙，取其平均值存放在數(shù)控系統(tǒng)中的間隙補(bǔ)償單元，當(dāng)進(jìn)給系統(tǒng)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)將補(bǔ)償值加到進(jìn)給指令中

19、，從而達(dá)到補(bǔ)償目的。 螺矩誤差補(bǔ)償 滾珠絲桿在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用廣泛，雖然滾珠絲桿精度較高，但是總不可做的絕對(duì)精確，總是將其精度控制在一定的范圍內(nèi)的，也就是它的螺距總是存在著一定的誤差的，利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理能力，可以補(bǔ)償滾珠絲杠的螺矩累積誤差，以提高進(jìn)給位移精度。 方法：首先測(cè)量出進(jìn)給絲框螺距誤差曲線(規(guī)律)，然后可采用下列兩種方法實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償：硬件補(bǔ)償、軟件補(bǔ)償。,. 閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng),閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案分類和特征 按系統(tǒng)的控制信號(hào)類型分： 模擬型系統(tǒng)、數(shù)字型系統(tǒng) 模擬型系統(tǒng)： 特征：這類系統(tǒng)全部采用模擬元件構(gòu)成；其輸入（控制） 信號(hào)、輸出的位置、速度信號(hào)也是模擬量；速度

20、和 位置檢測(cè)元也是模擬式的。,特點(diǎn)： 抗干擾能力強(qiáng)，一般不會(huì)因峰值誤差導(dǎo)致致命的誤動(dòng)作。 可用常規(guī)儀器儀表（示波器，萬(wàn)用表等）直接讀取信息， 易于隨時(shí)把握系統(tǒng)工作的基本情況。 對(duì)弱信號(hào)信噪分離困難，控制精度的提高受到限制。 在零點(diǎn)附近容易受到溫度漂移的影響，使位置控制產(chǎn)生漂移誤差。 位置、速度調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)調(diào)整困難，適應(yīng)負(fù)載變化的能力較差。 模擬系統(tǒng)這種本質(zhì)缺陷，使它很難滿足高精度位置伺服控制的要求，目前已逐漸被數(shù)字伺服系統(tǒng)所取代。,數(shù)字型系統(tǒng)： 特征：這類系統(tǒng)是指至少其位置環(huán)控制與調(diào)節(jié)采用數(shù)字控制技術(shù)，即位置指令和反饋信號(hào)都不再是模擬信號(hào) 改用數(shù)字信號(hào)（邏輯電平脈沖信號(hào)）的系

21、統(tǒng)。,特點(diǎn)： 可以通過(guò)增加數(shù)字信息的字長(zhǎng)，來(lái)滿足要求的控制精度。 對(duì)邏輯電以下的漂移、噪聲不予晌應(yīng)，零點(diǎn)定位精度可以得到充分保證。 容易對(duì)其結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行修改（根據(jù)控制要求），且易于與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 噪聲峰值大于邏輯電平時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的最高位和最低位的干擾出錯(cuò)程序是相同的，這種錯(cuò)誤可能導(dǎo)致系統(tǒng)致命的危害。 傳送數(shù)據(jù)的數(shù)字電路要求具有很寬的頻帶。以保證脈沖上、下降沿有足夠的陡峭度。 抑制干擾、防止數(shù)據(jù)出錯(cuò)，是數(shù)字伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。,. 數(shù)字伺服系統(tǒng)的類型,全硬件伺服系統(tǒng) 全硬件伺服系統(tǒng)又稱脈沖比較伺系統(tǒng)，其典型的組成方式如圖所示：,構(gòu)成：該系統(tǒng)中，位置閉環(huán)的控制與調(diào)節(jié)運(yùn)算主要由偏差計(jì)數(shù)器

22、（一般為可逆計(jì)數(shù)器）和D/A完成。 柔性差：系統(tǒng)全由硬件構(gòu)成，使得它的各調(diào)節(jié)器參數(shù)在機(jī)電聯(lián)調(diào)整定后就固定下來(lái)了，不易改變，這對(duì)負(fù)載慣量變化不大的位置伺服系統(tǒng)（如車床刀架進(jìn)給控制），可獲得滿意的控制性能指。而對(duì)某些負(fù)載慣量較大的系統(tǒng)，則很難在整個(gè)范圍內(nèi)（負(fù)載慣量變化）都獲得滿意的控制效果。 零漂將影響精度：這類系統(tǒng)依靠D/A，將位置調(diào)節(jié)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬電壓作速度指令信號(hào)。提供給速度伺服單元，因此，其零點(diǎn)漂移將影響定位精度。,半軟件型伺服系統(tǒng) 這種系統(tǒng)的位置控制采用軟硬件組成，速度控制仍采用模擬方式，系統(tǒng)組成如圖所示：,位置控制的軟件現(xiàn)可以由NC裝置的CPU實(shí)現(xiàn)，也可以由位置控制板上自帶的

23、CPU實(shí)現(xiàn)。 位置控制的調(diào)節(jié)運(yùn)算部分由軟件實(shí)現(xiàn)，增加了靈活性： 調(diào)節(jié)器的參數(shù)可以通過(guò)進(jìn)行修改、設(shè)定 調(diào)節(jié)算法可以采用較復(fù)雜的算法，以提高控制性能（變結(jié)構(gòu)、變?cè)鲆妫?可增加許多輔助功能（故障診斷、脈沖當(dāng)量變換等） 零點(diǎn)漂移可通過(guò)軟件進(jìn)行補(bǔ)償,由于這種系統(tǒng)的速度單元仍是模擬型的，全硬件型系統(tǒng)中存在的問(wèn)題并未明顯解決，如它的內(nèi)環(huán)參數(shù)（速度、電流）和位置環(huán)中D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)依然是固定的。因此難以兼顧負(fù)載慣量大的變化。不過(guò)，由于利用軟件采用一些補(bǔ)償措施，這就使得半軟件位置伺服系統(tǒng)的位置控制精度和控制性能要高于全硬件型的位置伺服系統(tǒng)。,全軟件位置伺服系統(tǒng) 這種系統(tǒng)是指除電流環(huán)仍為模擬結(jié)構(gòu)外，位置、速度控

24、制均由微機(jī)通過(guò)控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)組成如圖所示：,NC系統(tǒng),,,微機(jī) 位置、速度 控制 (D/A輸出),,模擬電流 控制與功放,整形.信頻.辨向,A、B,Z,,,工作臺(tái),PG,電壓,,,,,,,,,圖中的微機(jī)位置、速度控制既可以是單微機(jī)，又可以是雙微機(jī)（一個(gè)是位置控制，另一個(gè)是速度控制）。不過(guò)系統(tǒng)中的微機(jī)常由單片機(jī)來(lái)構(gòu)成。 由于微機(jī)的應(yīng)用，使系統(tǒng)的控制更加靈活，其特點(diǎn)是： 位置、速度調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可以按工作環(huán)境自動(dòng)進(jìn)行切換，使之適應(yīng)負(fù)載變化的能力顯著增強(qiáng)，應(yīng)用優(yōu)化理論還可使調(diào)節(jié)器的參數(shù)自動(dòng)化，使系統(tǒng)可驅(qū)動(dòng)不同的執(zhí)行機(jī)械，通用化程度大大提高。 其余同半軟件型系統(tǒng)。,這種系統(tǒng)的輸出通過(guò)D/A轉(zhuǎn)

25、換成模擬電壓作為電流指令送往模擬電流環(huán)，這樣，模擬量的零點(diǎn)漂移只會(huì)使電流指令產(chǎn)生微小的變化，一般這種變化不足以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)的力矩，也不會(huì)對(duì)位置控制精度產(chǎn)生不良影響。 由于電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)還是固定的，所以還不能通過(guò)微機(jī)改變控制策略，以獲得較理想的控制效果。 由于該系統(tǒng)工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，控制性能也優(yōu)于前述兩種系統(tǒng)，使得它在80年代中期以來(lái)的交、直流位置伺服系統(tǒng)的產(chǎn)品中逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位，成為位置伺服系統(tǒng)的首選方案。,全數(shù)字位置伺服系統(tǒng) 自以軟件位置伺服系統(tǒng)誕生以來(lái)，人們就一直致力于用軟件盡可能多地去取代硬件的工作，以降低成本，提高性能。隨著可直接用邏輯電平控制通斷的電子半導(dǎo)體器件功率

26、晶體管，功率場(chǎng)率應(yīng)管的商品化，以及高性能單片機(jī)的出現(xiàn)，使得全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為現(xiàn)實(shí)。,一種全數(shù)字、采用脈寬調(diào)制（PWMpulse width modulation）控制的位置伺服系統(tǒng)如下圖所示。,系統(tǒng)的所有控制調(diào)節(jié)全部由軟件完成，最后直接輸出邏輯電平的脈寬調(diào)制控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率晶體管放大器，對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，完成位置控制任務(wù)。 調(diào)節(jié)器的全部軟件化使控制理論中的許多控制思想和手段，包括經(jīng)典的、現(xiàn)代的、智能的等新型的控制方法都可以衩方便地引進(jìn)來(lái)，例如：魯棒控制、自適應(yīng)控制、變參數(shù)控制、變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)控制等等。還可以完成參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化和故障的自動(dòng)診斷等，使系統(tǒng)控

27、制性能能進(jìn)一步得到提高。,. 典型閉環(huán)伺服系統(tǒng)示例,以半軟件型位置伺服系統(tǒng)為例,這里僅介紹位置控制單元，速度控制前面已介紹了 位置控制軟件部分的任務(wù)： 指令位置計(jì)算（含反向間隙、螺距誤差補(bǔ)償、限位處理） 實(shí)際位置計(jì)算（反饋累積） 跟隨誤差計(jì)算 調(diào)節(jié)運(yùn)算 零點(diǎn)漂移補(bǔ)償,指令位置計(jì)算（反向間隙、螺距誤差補(bǔ)償、限位處理）：,實(shí)際位置計(jì)算（反饋累積） 跟隨誤差計(jì)算 調(diào)節(jié)運(yùn)算 零點(diǎn)漂移補(bǔ)償,,,,,,,硬件部分的任務(wù),第五節(jié) 伺服系統(tǒng)性能分析,前面各節(jié)我們重點(diǎn)討論了進(jìn)給伺服系統(tǒng)的組成原理與實(shí)現(xiàn)方法，然而該系統(tǒng)要能真正實(shí)現(xiàn)預(yù)期的快速、準(zhǔn)確及平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)的要求，一個(gè)重要的問(wèn)題是如何根據(jù)要求，進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)

28、計(jì)和調(diào)試。例如，開(kāi)環(huán)增益，阻尼系數(shù)等參數(shù)對(duì)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度與動(dòng)態(tài)性能影響很大，這將是本節(jié)討論的重點(diǎn),. 控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)及傳遞函數(shù),開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：反饋與偏差之比 閉環(huán)傳遞函數(shù)：輸入與輸出之比 干擾的閉環(huán)傳遞函數(shù)：輸出與噪聲之比 系統(tǒng)誤差的函數(shù)：偏差與輸入之比,二、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)字模型及傳遞函數(shù),閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)：,1. 位置控制單元的數(shù)學(xué)模型,位置控制單元是以XC為輸入以 UP為輸出的一個(gè)控制環(huán)節(jié)，位置調(diào)節(jié)器一般采用比例調(diào)節(jié)，放大系數(shù)為KN，則有： 取拉氏變換得： 結(jié)構(gòu)框圖：,2. 速度控制單元的數(shù)學(xué)模型,速度控制單元是以指令電壓UP 為輸入，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓U為輸出的控制環(huán)節(jié)

29、，速度調(diào)節(jié)器通常采用PI調(diào)節(jié)，驅(qū)動(dòng)放大是比例環(huán)節(jié)，若忽略非線性和滯后特性的影響，可視它們?yōu)楸壤h(huán)節(jié)，則傳遞函數(shù)為KA ，速度反饋環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為KV ，則有： 取拉氏變換得： 結(jié)構(gòu)框圖：,3. 直流伺服電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,直流伺服電機(jī)是以驅(qū)動(dòng)電壓U為輸入，電機(jī)的角位移m為輸出的變換環(huán)節(jié)，其數(shù)字模型是根據(jù)電機(jī)電樞電勢(shì)平和電機(jī)轉(zhuǎn)矩衡方程導(dǎo)出的,式中： Tm=RaJ a/ KeKT 電機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù) Km=1 / Ke 電機(jī)的增益系數(shù) KR=Ra / KT,拉氏變換得：,結(jié)構(gòu)框圖：,由此可知：電機(jī)輸出的角位移由兩部分組成，一是無(wú)負(fù)載時(shí)由控制U(S)的激勵(lì)而

30、產(chǎn)生的輸出，另一部分是由負(fù)載的擾動(dòng)產(chǎn)生的輸出。而且經(jīng)適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化后，直流伺服電機(jī)可視為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)和一個(gè)積分環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。,4. 機(jī)械傳動(dòng)與執(zhí)行單元的數(shù)學(xué)模型,機(jī)械傳動(dòng)與執(zhí)行單元的輸入為電機(jī)的角位移m，輸出為工作臺(tái)的線位移X0，其機(jī)械系統(tǒng)力平衡方程為：,拉氏變換：,結(jié)構(gòu)框圖：,由此可知，機(jī)械系統(tǒng)可視為一個(gè)二階振蕩環(huán)節(jié)。,5. 整個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,由圖可知：X0 是對(duì)XC 和FD 兩個(gè)激勵(lì)的響應(yīng)，根據(jù)疊加原理， 可先分別求出每個(gè)激勵(lì)單獨(dú)作用的響應(yīng)，然后進(jìn)行疊加。,當(dāng)FD=0時(shí)，僅有XC 激勵(lì)的傳遞系數(shù),,當(dāng)XC , FD同時(shí)激勵(lì)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng),三、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能分析,系統(tǒng)增益 KS (開(kāi)

31、環(huán)增益，速度增益),KS 是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要性能參數(shù)，為了說(shuō)明其物理意義，可對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行一些簡(jiǎn)化： 假設(shè)上述各環(huán)節(jié)均是理想的，即各環(huán)節(jié)均是無(wú)慣量，無(wú)阻尼，剛度為無(wú)窮大，且無(wú)速度環(huán)，則：,XC,KS對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響,進(jìn)給伺服系統(tǒng)的輸入通常是斜坡激勵(lì)：,討論 KS 與輸出速度 的關(guān)系 當(dāng)KS 時(shí)， 到達(dá) F 所需的時(shí)間越短，系統(tǒng)的響應(yīng)加快，靈敏度增高。 KS 與系統(tǒng)的加速度 的關(guān)系 當(dāng)KS 時(shí)，系統(tǒng)的加速度 增大，尤其是在剛啟動(dòng)時(shí)，它使系統(tǒng)的響應(yīng)加快，但對(duì)系統(tǒng)的沖擊也大，尤其對(duì)慣性較大的系統(tǒng)，將產(chǎn)生很大的沖擊力，另外，加速度太大也可能系統(tǒng)超調(diào)，引起系統(tǒng)失穩(wěn)。,KS 與跟

32、隨誤差D 的關(guān)系。,KS D 即：有利于提高系統(tǒng)的跟隨精度。 結(jié)論： KS的選擇，要綜合考慮，折衷選取，才能獲得優(yōu)良的綜合 性能。,KS的初選方法 在工程調(diào)試中，KS 可按下列方式初選： Mm、ML：分別是電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩； GDm2、GDL2：分別是電機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載等效飛輪慣量,數(shù)控系統(tǒng)中 KS的設(shè)定方法 由前面的推導(dǎo)可知： KN ：位置環(huán)增益； KA ：速度環(huán)增益 Km ：電機(jī)增益 L / 2：機(jī)械系統(tǒng)增益 其中： KA 、 Km 、 L / 2 在數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)選定后便確定了，而 KN 是作為可調(diào)參數(shù)，允許用戶根據(jù)具體情況選

33、定，以滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速度性的要求。,. 定位精度,定位精度的檢查通常是在空載的情況進(jìn)行的，即無(wú)負(fù)載力（Fc =0）。只有摩擦力，而且系統(tǒng)接受的是階躍位置指令，即：,閉環(huán)系統(tǒng)的定位誤差為：,半閉環(huán)系統(tǒng)的定位誤差,討論 由 可知，為減小定位誤差可采用下列措施： 減小傳動(dòng)間的摩擦力Fcr，如采用滾動(dòng)傳動(dòng)取代滑動(dòng)。 增大KN、KA ，其實(shí)質(zhì)增大KS (在系統(tǒng)穩(wěn)定的范圍內(nèi))。 減小KR （=Ra / KT），即選擇 KT 大的伺服電機(jī)。 在半閉環(huán)系統(tǒng)中，要盡可能增大傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度K，這是因?yàn)楫?dāng)K較小時(shí)，將產(chǎn)生較大的彈性變形，從而加大定位誤差。,四、進(jìn)給伺服系統(tǒng)參數(shù)的匹配,進(jìn)給伺服系統(tǒng)是由

34、電氣、機(jī)械等環(huán)節(jié)組成的一個(gè)整體，其組成環(huán)節(jié)的特性參數(shù)對(duì)整體系統(tǒng)的特性的影響。從理論上講，可以根據(jù)要求與系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型確定其參數(shù)，但是由于進(jìn)給伺服系統(tǒng)工作條件復(fù)雜多變，尤其是機(jī)械系統(tǒng)的阻尼、剛度、慣量等參數(shù)，尚無(wú)完善的計(jì)算方法。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)，除必要的理論計(jì)算外，還必輔之以實(shí)驗(yàn)分析和類比法，利用已有的系統(tǒng)的參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行新的設(shè)計(jì)，這是目前常用的辦法。下面定性分析和介紹幾個(gè)重要參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能影響及其確定方法。,1. 阻尼 阻尼主要與伺服驅(qū)動(dòng)裝置的電感、電阻、電機(jī)機(jī)械部件、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦阻尼和粘性阻尼有關(guān)，它對(duì)系統(tǒng)的影響是：阻尼大則 系統(tǒng)的伺服剛度高，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性高。 系統(tǒng)

35、的定位精度低，定位的離散程度大。 由此可知，這兩方面的矛盾的，應(yīng)在精度與伺服剛度之間折衷考慮。例如，采用滾動(dòng)、靜壓導(dǎo)軌就是減少機(jī)械系統(tǒng)的阻尼。它可有效提高定位精度，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性裕度將減小，因此，現(xiàn)在有些進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)置了可調(diào)阻尼器，或者采用軟件的方法來(lái)改變系統(tǒng)的阻尼參數(shù)。,2. 慣量 執(zhí)行部件的慣量越小越好，因?yàn)閼T量越大，時(shí)間常數(shù)越大，系統(tǒng)的靈敏度變差，且固有頻率降低（ ），易發(fā)生共振。但由于剛度、強(qiáng)度等方面的原因，慣量的降低受到的限制。一般要求（交流伺服電機(jī)）： 式中： JL ：傳動(dòng)部件折算到伺服電機(jī)輸出軸上的慣量 Jm：電機(jī)的慣量 要滿足這一要求有兩個(gè)途徑： 盡可能使

36、執(zhí)行部件折算到電機(jī)軸上的慣量減小。 盡可能使用本身慣量大的電機(jī)為驅(qū)動(dòng)源。,3. 剛度 K 與固有頻率n 剛度是指系統(tǒng)抵抗變形的能力，即： K = F / e 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)：K 失動(dòng)量系統(tǒng)的死區(qū) 閉環(huán)系統(tǒng)：K n 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 系統(tǒng)的固有頻率n是系統(tǒng)動(dòng)剛度的重要參數(shù)，應(yīng)注意： 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的n伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)n 的2-3倍。 各個(gè)環(huán)節(jié)的n應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)，以免發(fā)生振動(dòng)耦合現(xiàn)象。 各個(gè)環(huán)節(jié)的n應(yīng)避開(kāi)系統(tǒng)的工作頻率范圍，以免在工作頻率上發(fā)生共振。,第六節(jié) 伺服系統(tǒng)的特性對(duì)加工精度的影響,對(duì)于輪廓加工系統(tǒng)，要求精確地、實(shí)時(shí)地同時(shí)控制多個(gè)坐標(biāo)軸的位置與速度，但由于系統(tǒng)存在著跟隨誤差D ，將可能會(huì)影響多

37、坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)合成軌跡的精確性，產(chǎn)生輪廓誤差。,一. 跟隨誤差D 的含義及特性,定義：指令位置D0i 與實(shí)際位置 Dai 之差稱為跟隨誤差D。 跟隨誤差D 是由進(jìn)給伺服系統(tǒng)各環(huán)節(jié)信息傳遞延遲效應(yīng)引起的。 實(shí)際位置滯后指令位置。 當(dāng)執(zhí)行部件進(jìn)入勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)D為常數(shù)。當(dāng)它減速并停止時(shí)，D逐漸減少到零。 當(dāng)位置環(huán)為P調(diào)節(jié)時(shí)，D與F、KS 的關(guān)系為： D = F / KS,二. 跟隨誤差D對(duì)輪廓加工精度的影響,1. D 對(duì)直線輪廓加工精度的影響 加工直線時(shí)兩軸的輸入指令為：,由于存在跟隨誤差DX 、 DY在某時(shí)刻指令位置在A點(diǎn)，實(shí)際位置在A點(diǎn)，則有：,輪廓誤差的幾何求法：,KS：平均系統(tǒng)增益； KS ：兩軸

38、系統(tǒng)增益差； KS / KS ：系統(tǒng)增益失配量,討論 當(dāng) KSX = KSY 時(shí)， KS = 0，=0；這說(shuō)明當(dāng)兩軸系統(tǒng)增益相等時(shí)，跟隨誤差DX 、 DY對(duì)輪廓精度無(wú)影響。,,,,,X,Y,,,,Dy,Dx,=0,A,A,,,,,,,當(dāng)兩軸增益不一致，但KSX 、KSY 常數(shù)時(shí)，Ks、Ks 為常數(shù)，則為常數(shù)，也就是說(shuō)，直線的輪廓形狀無(wú)誤差，但位置偏離了原位置。,,,,X,Y,,,,,DY,DX,,A,A,,,,,,,,,當(dāng)兩軸增益不一致，且KSX 、KSY 不是常數(shù)時(shí)，則不是常數(shù)，也就是說(shuō)，將產(chǎn)生輪廓形狀誤差，即加工出的輪廓就不是直線了。,在同等情況下： 輪廓誤差與KS 成正比，與KS 的平方

39、成反比，與進(jìn)給速度成 F 正比。 當(dāng)加工45直線時(shí)，輪廓誤差最大。 當(dāng)加工0或90直線時(shí)，輪廓誤差與增益無(wú)關(guān)。,例題 在 X-Y 平面上銑削工件的一個(gè)平面， 該面與 X 軸成45角，進(jìn)給速度為：F = 450 mm / min ，KS 為 152% （1/s），計(jì)算最大輪廓誤差 max。 解：,2. D 對(duì)園弧輪廓加工精度的影響,D 對(duì)園弧輪廓加工精度的影響可用加工圓弧的半徑變動(dòng)量R描述。 通常R 的變化較為復(fù)雜，為此，可先討論下面條件下的情況： KSX = KSY = KS 然后再定性的討論其它較為復(fù)雜的情況,R的求取,討論 當(dāng) KSX = KSY ，且進(jìn)給速度 F 為恒速時(shí)，

40、 R 是常數(shù)。只產(chǎn)生尺寸誤差，不產(chǎn)生形狀誤差。當(dāng)從圓上某一點(diǎn)開(kāi)始加工整圓時(shí)，則實(shí)際軌跡如下圖所示，為什么？,,,當(dāng) KSX KSY 時(shí)， 此時(shí)不僅產(chǎn)生尺寸誤差，而且產(chǎn)生形狀誤差。可以證明： 當(dāng) KSX = a KSY（a為常數(shù)）時(shí)，圓弧插補(bǔ)所形成的形狀為橢圓（長(zhǎng)軸與 X 軸成45夾角）。 當(dāng) KSX 與 KSY 無(wú)確定關(guān)系時(shí)，圓弧插補(bǔ)所形成的形狀為無(wú)規(guī)則的形狀。,在條件一定的情況下： 輪廓誤差R 與 KS 的平方成反比；輪廓誤差R與 F 的平方成正比。因此，KS 或 F 可大大提高輪廓加工精度。 輪廓誤差R與加工園弧的半徑 R成反比。在小圓弧加工時(shí)，要保證加工精度，進(jìn)給速度F不能太高。,在數(shù)控

41、系統(tǒng)中，各軸進(jìn)給伺服系統(tǒng)的增益均稍有差別，在進(jìn)行輪廓加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生輪廓誤差，因此，要求各軸的 KS 值盡量接近，尤其是在低增益系統(tǒng)。目前先進(jìn)的CNC系統(tǒng)均帶有跟隨誤差D的監(jiān)視和 KS 值的顯示功能。,3. 跟隨誤差對(duì)拐角加工精度的影響,在輪廓加工過(guò)程中，常要求坐標(biāo)軸瞬時(shí)啟?；蚋淖兯俣龋@時(shí)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的跟隨誤差就會(huì)影響輪廓精度。當(dāng)在銑床上加工工件的內(nèi)、外拐角時(shí)，其影響尤其明顯。,解決上述問(wèn)題的辦法是：在編程時(shí)使第一段先減速到零，然后再啟動(dòng)第二軸，在數(shù)控系統(tǒng)中由實(shí)現(xiàn)這種功能的指令，如G09、G60 等，除此之外，合理選擇 KS 也是至關(guān)重要的。,1. 低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的概念 進(jìn)給系統(tǒng)在低速進(jìn)給

42、時(shí)，在驅(qū)動(dòng)速度是均勻的情況下，當(dāng)系統(tǒng)的剛度不足、摩擦力偏大等系統(tǒng)參數(shù)不恰當(dāng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)時(shí)快時(shí)慢、甚至停頓的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為爬行現(xiàn)象。它是低速運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)的體現(xiàn)。,三、系統(tǒng)參數(shù)對(duì)低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的影響,2.爬行現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,,D,K,,,,,,,,M,,,,,,,,,,,F（Fs ,Fd）,X0,,,X,D點(diǎn)均勻向右運(yùn)動(dòng)M不動(dòng)（K小和Fs作用）彈簧（絲桿）被壓縮,,K(XX0) M加速 Fd FsM運(yùn)動(dòng)當(dāng)K(XX0)F時(shí)儲(chǔ)存能量,,當(dāng)K(XX0)=F時(shí) M勻速慣性M繼續(xù)向右 K(XX0) M減速,,D點(diǎn)均勻向右運(yùn)動(dòng)M 停頓 XX0=0 若M慣性較大,爬行對(duì)加工精度的影響 爬行是在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的，因此，在低速加工過(guò)程中易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，其危害是影響進(jìn)行運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性(即均勻性)，其結(jié)果是； 使被加工零件的加工精度和表 面光潔度變差； 機(jī)床的定位精度降低； 加劇導(dǎo)軌的磨損,,,Y,X,抑制爬行產(chǎn)生的措施 衡量進(jìn)行運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的指標(biāo) 臨界爬行速度Vc。 爬行其本質(zhì)是自激振動(dòng)，可以證明Vc與下列參數(shù)的關(guān)系為： 措施（減小Vc的辦法） 改善導(dǎo)軌面間和摩擦特性 滾動(dòng)----靜壓----滑動(dòng) (塑料) 提高傳動(dòng)剛度 減輕運(yùn)動(dòng)件的重量 增加系統(tǒng)的阻尼,