數控機床單向定位功能的實用分析-轉自論文

數控散人

從雜志上摘下的一篇論文,感覺還不錯,是大河機床廠張紀文,王學軍兩同志寫的.
此文對數控系統單方向功能作了比較詳細的實驗,大家借鑒.
2 L! G  e2 f3 }$ u1 f. c- h% l2 x但是,需要特別指出的是,兩位同志作實驗的機床應該是新機床,這和舊機床,尤其是大型舊機床是不同的.
實際上,對于反向間隙處于非線形段(或者說非固定值)的機床來說,單方向定位功能,多多少少還是有益的.在這點上也是不應該有懷疑的.
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[ 本帖最后由 數控散人 于 2008-11-28 16:55 編輯 ]

數控散人

數控機床的單一方向定位功能也稱精密定位功能，一般簡稱單向定位。指數控坐標軸以預先設定的一個方向完成定位，定位方向與運動方向無關，在準備功能中用G60表示。

; D8 X9 l( B5 `2 x5 n- n1 單向定位的執行過程
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如圖所示，如果在從A點向B點定位的程序段中指令了G60，CNC先判別設定的定位方向與A點到B點的運動方向的關系。如果方向相反，則指令運動部件多走一段過沖量L，到達B'再反向向B點完成定位；方向相同時，也要在距離B點L處停一下，再向前完成定位。定位方向和過沖量大小由參數設定。
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(參見下面的附件圖)
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實線表示方向相反時的定位過程
1 Z  K3 s- y- T0 w" K& C* Q+ o" s5 O虛線表示方向相同時的定位過程

一般認為，當需要排除間隙進行精密定位，或加工精度接近機床定位精度的孔時，應采用單向定位G60功能。
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2 單向定位功能的實際效果驗證
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! r) n4 k9 ^. Q. u我們在加工中心上使用該功能時，發現當設定的過沖量太小時，反向定位誤差較大，而且全部表現為欠行程。增大過沖量設定值到某一值后，使用該功能的效果與使用快速定位G00沒有區別。同向定位時，設定的過沖量大小不影響定位效果，與使用G00沒有區別。

7 v& Q2 {6 W' ~4 S! [* w0 U附表為在一臺V600型立式加工中心X軸做單向定位實驗的數據。該軸為工作臺左右移動，工作臺面積800mm×400mm，采用兩條鑄鐵貼塑導軌副，滾珠絲杠直徑40mm，兩端固定支承并預拉伸，采用半閉環控制方式。定位距離200mm，分別用指令G60反向、G60同向、G00反向、G00同向，在快速空載條件下完成定位。表中0.005mm左右的誤差屬變值隨機性誤差。可以看出，設定過沖量2mm反向定位時都產生了0.04～0.02mm的負定位誤差。同向定位和設定過沖量大于3mm時，定位誤差與使用G00沒有區別。
# g7 @: ?0 ]( U7 e/ H, j0 jX軸單向定位實驗數據
3 I0 N; R( d0 a% f3 {7 u; E  i方式 過沖量
0.5 1 2 3 4 8 12 20
G60反向 199.968 199.972 199.981 199.994 199.998 200.001 200.003 199.998
$ o, x3 n+ q1 z& J: FG60同向 200.003 200.001 200.001 199.997 200.001 199.998 200.002 200.003
1 {9 l8 _) J5 {G00反向 200.001 200.003 200.003 200.003 199.998 199.999 200.002 200.001
( k- s  a3 R/ `9 FG00同向 199.997 200.001 200.003 200.001 200.003 200.001 200.003 199.999

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$ m4 g  n- p* w$ Z3 實驗結果分析
( @# j2 y. S* S( r" P3 R+ Z
/ }! U# L# I4 u* s現代數控系統都具備間隙補償功能，數控軸接受反向運動指令時，間隙補償軟件自動發生一定數量的補償脈沖，使運動部件越過間隙和變形后，再向指定點移動。從這個意義上說，G60排除反向間隙的作用沒有實際意義。因此，過沖量較大時，使用G60反向定位的效果與G00反向定位和G00同向定位的效果沒有區別。
# N4 X) ^0 `" x  ?" _
: k" {6 ^% _6 W7 O+ S: p過沖量設定值較小時，G60反向定位出現欠行程(即少走)與進給系統的惰性變形有關。
2 ]7 A; O! ^# w) H6 Z7 o
目前市場最普及的中低檔數控機床一般都采取半閉環控制方式，位置反饋信號取自伺服電機軸或滾珠絲杠軸。進給系統剛度不足或有變化、摩擦力變動、加減速時慣性力的大小、由于表面粗糙度和硬度不均勻引起的接觸變形等因素的影響都沒有被包含在位置控制環內。機床出廠時，在快速空載條件下向若干目標點定位。一般目標點距離都大于50mm，在這段行程內，運動部件足以加速到快速定位的速度。然后測出這個特定條件下各目標點正反向時的定位誤差，由此確定間隙補償和螺距誤差補償數值，存入CNC記憶裝置，作為以后自動運行時的誤差補償信息。因此機床出廠后的精度情況還包含了特定條件下進給系統惰性變形的影響。稱之為“惰性變形”，是因為運動部件停止速度為零后，變形依然存在，直到下次運動才打破這種平衡狀態。與本文所述問題有關的惰性變形主要由摩擦力變化和加減速時慣性力變化引起。當過沖量設定值較小、采用G60反向定位時，如圖實線所示,A點到B'點的距離較大，運動部件可以加速到快速定位速度。在接近B'點的減速過程中，進給系統受慣性力的影響產生拉伸，儲存了較大的變形量。在B'點反向時，CNC軟件補償電路自動加入一個補償值。從某種意義上說，這個值是從B'到B點間快速定位狀態下的摩擦力和減速時的慣性力共同作用下形成的，是A點到B點和B'點到B點間兩次拉伸的惰性變形量的差值。但是由于B'點到B點距離太小，部件移動速度很低，產生的摩擦力和減速慣性力與出廠前測定間隙補償值的條件相去甚遠。這時加入的反向間隙補償值沒有起到補償作用，反而造成部件停止時越過B點，形成負定位誤差。
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4 結論
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! f2 f( \4 Z6 I- I數控機床應慎用單向定位G60功能，一般使用G00即可。
使用單向定位功能時，應檢查參數中過沖量設定值是否足夠大。根據我們數次實驗，過沖量合理值與快速定位速度有關，可取L≥V/5000(mm),其中V為快速定位速度(mm/min)。
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9 M% y& f. X" R& R: _因為缺乏定量分析和深入研究，文中所述單向定位反向時欠行程的原因和過沖量的最小值計算尚有推敲之處，歡迎讀者提出寶貴意見。
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[ 本帖最后由 數控散人 于 2008-11-28 16:38 編輯 ]

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