一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙监测方法

摘要

一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙监测方法，利用机床内置编码器对电机和工作台位置进行连续采样，并以电机位置为参考位置，计算参考位置序列x_m(n)处反向间隙序列c(n)，相比与传统的反向间隙测试方法，该方法无需外置传感器，可以实现对全程的反向间隙的测量，相对于用一个点的间隙值代表全程间隙，该方法可更准确，全面的测试出反向间隙状况，测试方法自动化程度高，通过实时监测机床反向间隙状况并计算得到全闭环数控机床中反向间隙轮廓误差，从而实现对轮廓误差的监测与控制，确保轮廓误差始终处于允许的误差范围，该监测方法自动化程度较高，监测成本较低，监测可靠性高。

主权项

一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，伺服轴在测试反向间隙的行程内以速度v匀速正向进给，同时利用编码器采集卡基于同一采样频率f测试电机位置x_m(t)和工作台位置x_l(t)，f的选取需满足奈奎斯特采样定理；步骤2，在步骤1测试中，电机起始位置坐标为a，终点位置坐标为b，则可构造为首项是a，末项是b，间距是D的确定等间距电机位置值序列x_m(n)作为插值点序列，也即参考位置序列，其中$D<\frac{v}{f};$步骤3，根据等时间采样的电机位置序列x_m(t)和工作台位置序列x_l(t)，利用三次样条插值重新计算等间隔电机位置序列x_m(n)处的工作台位置序列x_l+(n)，得到正向进给时工作台位置—参考位置图，即x_l+(n)—x_m(n)曲线；步骤4，伺服轴在测试行程内匀速反向进给，然后重复步骤1至步骤3过程，计算反向进给时参考位置x_m(n)处的工作台位置序列x_l‑(n)，得到反向进给工作台位置—参考位置图，即x_l‑(n)—x_m(n)曲线；步骤5，步骤3与步骤4分别得到了电机正、反向运动时，参考位置x_m(n)处的工作台位置序列x_l+(n)与x_l‑(n)，两次所测的不同工作台位置序列差值就表征了参考位置处x_m(n)的反向间隙序列c(n)：c(n)＝x_l‑(n)‑x_l+(n)   (1)由此得到参考位置—反向间隙曲线，即x_m(n)—c(n)曲线；步骤6，以反向间隙c(n)的最大值c_max作为反向间隙监测值；步骤7，由反向间隙计算轮廓误差：设定两轴联动进给速率均是V，1号轴改变进给方向存在反向间隙c_max，2号轴没有改变方向不存在反向间隙，两轴速度稳态误差系数同为K_v，则此时轮廓误差E_coutouting与反向间隙c_max存在以下关系：$E_{coutouting}=\frac{(\sqrt{\frac{2c_{max}V}{K_v}}-\frac{V}{K_v})}{\sqrt{2}}---\left(2\right)$步骤8，设定轮廓误差的允许值为E，其他参数如步骤7中所定义，则反向间隙的允许值C由下式计算：$C=\frac{K_v{(\sqrt{2}E+\frac{V}{K_v})}^2}{2V}---\left(3\right)$步骤9，比较E_coutouting与E、或c_max与C的大小，若E_coutouting<E、或c_max<C，则反向间隙轮廓误差在机床允许轮廓误差内，反之则说明反向间隙过大，需要减小反向间隙的大小。