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在數(shù)控沖床上兩軸聯(lián)動加工直線、圓弧輪廓工件或加工工件的拐角部位時,伺服系統(tǒng)的速度誤差和加速度誤差特性將引起加工誤差。
一、速度誤差對加工精度的影響
在數(shù)控沖床的進給系統(tǒng)中,絲杠和螺母將電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成執(zhí)行部件的位移,這相當(dāng)于一個積分環(huán)節(jié),而系統(tǒng)的其余部分可簡化為一個增益和比例環(huán)節(jié),于是進給系統(tǒng)可簡化了。從控制工程的角度看,該系統(tǒng)的特點是它對階躍位置指令輸入的響應(yīng)沒有穩(wěn)態(tài)誤差;對階躍速度,即斜坡位置指令輸入,其響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)位置誤差。在數(shù)控沖床進給系統(tǒng)中,輸入不是階躍位置指令,而是斜坡位置指令,即為階躍速度的位置指令,因此必然存在位置誤差。
1.速度誤差對單坐標(biāo)直線加工的影響
當(dāng)進給系統(tǒng)獲得一個接恒速F進給的位移指令時,執(zhí)行部件的速度并不能立即到到達指定的速度值F,而是從零逐漸上升到F值,以后就穩(wěn)定在此速度值上運行。此時,系統(tǒng)的允許速度還是穩(wěn)態(tài)速度。隨著執(zhí)行部件的運動,實際位置在不斷改變,位置誤差不斷減小,保持對位置控制單元的一個不斷減小的正誤差信號;使執(zhí)行部件減速,平穩(wěn)地進入定位點,直到實際位置與指令位置相等,即位置誤差等于零為止。由此可知,速度誤差并不影響沿機床坐標(biāo)軸定位運動或直線加工時停止位置的準(zhǔn)確性,只是在時間上,實際位置較指令位置有所滯后。
2.速度誤差對加工直線輪廓的影響
刀具的實際位置仍在直線輪廓上,只是與指令位置有一定的滯后。在兩鈾的指令速度等于輪廓加工速度的分量,且兩軸進給系統(tǒng)的增益相等的條件下,直線輪廓加工時,速度誤差不會引起加工誤差。
3.速度誤差對圓弧加工的影響
數(shù)控沖床加工時,除速度誤差引起加工誤差外,系統(tǒng)的頻率特征也會影響到圓弧加工時的尺寸誤差。一般情況下,提高系統(tǒng)的固有頻率是減小半徑誤差的有效辦法。
二、伺服系統(tǒng)的響應(yīng)特性對加工拐角的影響
加工拐角為直角的零件,而且加工路徑恰好沿著兩個正交坐標(biāo)軸時,在某一鈾的位置指令輸入停止的瞬間,另二軸緊接著接受位置指令,并瞬時從零加速至指定的速度。
低增益系統(tǒng)使拐角處稍帶回弧。若為外拐角,則多切去一個小圓弧;若為內(nèi)拐角,則切不干凈,造成所謂的欠程現(xiàn)象。如果不容許有欠程,可以通過編程,讓刀具在拐角處停留30-50ms,即可消除此現(xiàn)象。
高增益系統(tǒng)便拐角處留有一個鼓包。若切內(nèi)拐角時,則刀具將切入工件。為限制這種超程現(xiàn)象,可在編程時對第一軸安排分級降速指令,或使程序轉(zhuǎn)段時有自動減速和加速功能。
常規(guī)的進給伺服系統(tǒng)加工拐角的情況,出現(xiàn)有欠程或者超程。
如果機床的進給伺服系統(tǒng)采用了前饋補償措施,從理論上來說,可以消除位置誤差、速度誤差和加速度誤差,即實現(xiàn)“無差調(diào)節(jié)”,更大程度地減少甚至消除加工拐角時的欠程和超程現(xiàn)象。
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