基于加减速控制半闭环数控机床反向间隙补偿

1、（61基金项目i华南理工大学自然科学基金资助项屋（18House.Allrights对于制造业中普遍使用半闭环数控机床而言，影响机床定位精度的主要因素有机床几何精度、伺服控制精度、测量系统的精度以及环境温度波动等。其中，传动机构的反向间隙和弹性形变等所产生的机床定位误差占整个加工误差的50%60%112.为减少该误差，在机械方面，通过使用高精度的滚珠丝杠以及丝杠安装时加入预紧力的方法，可以在一定程度上降低反向间隙的影响。但丝杠总是存在制造误差，加之长期使用会产生磨损，因此，采用带反向间隙补偿功能的半闭环数控机床是提高加工精度、降低成本的一种行之有效的方法。在具体应用反向间隙补偿时，如何缩短运动

2、部件的反向间隙补偿时间、以及如何对机床的反向间隙补偿动态过程进行合理的控制，防止超出执行电机本身限制，产生较大的跟随误差和振荡等，这些仍是反向间隙补偿算法实现上需要重点考虑的问题。为此，本文在阐述反向间隙补偿基本原理的基础上，提出一种符合机床加减速控制的方向间隙补偿算法，最后给出该算法的具体的典型的数字伺服系统，在实现反向间隙补偿时，需要保证伺服系统运动平稳性，避免发生冲击和振荡，这就要求加入反向间隙补偿时，必须考虑伺服电机驱动能力的限制，如反向间隙补偿值不能在一个采样周期内一次性加入，否则将引起执行器输出饱和，产生很大的跟随误差。同时，加入反向间隙补偿时所引起的电机加减速度要满足伺服电机驱动

3、力矩所限定的启动和停止加减速度的限制。而另一方面，对于换向频繁的快速运动系统，要求反向间隙补偿能在最短的时间内完成，以保证系统的定位精度。为满足以上的各方面限制条件，本节将加减速控制方法引入反向间隙补偿中，实现一种基于加减速控制的阶跃式反向间隙补偿算法，该算法设计的目标是使系统在满足过渡过程加减速控制的前提下，以最短的时间完成反向间隙补偿。加减速控制过程中速度相对于时间的函数关系式v=/（t）。它应满足以下几个约束条件/4（1）加速过程的加速度应在小直线加减速曲线于由伺服电机驱动力矩所限定的启动加速度的前提下尽量地大。以保证启动时不失步，又有较快的响应速度。（2）减速过程的速度变化率应在到位前

4、缓减至零，以保证停止时不超程。（3）在加减速过程结束时，应使实际位置与指令位置一致，以保证位置精度。如直线加减速曲线所示，加速度a小于等于伺服电机驱动力矩所限定的启动加速度。V.为轴平均进给速度。t为加速时间。S为加速、恒速和减速3为笔者设计的实现反A向间隙补偿加减速曲线。整个补偿过程由加速段和减速段两1/个过程构成，两个阶段所围的5 57面积为反向间隙补偿距离D.反向间隙补偿图中的加速度a不但要求小于加减速曲线伺服电机驱动力矩所限定的启动加速度，还需满足a小于等于电机限定的最大加速度与正常加速运动时设定的加速度之差。由于将中恒速运动时间设计为零，这样在满足加减速控制的同时，实现了最短的反向间隙补偿时间。下面推导具体的基于加减速控制的反向间隙补偿算法。所补偿的位置满足：间隙值为32Um.（b）为加入本文提出的基于加减速控制的反向间隙补偿算法后测试得到的机床x轴定位误差分布曲线，图中反向间隙已经缩小为2Um之内，可见x轴的反向间隙已经成功地被补偿。反向间隙补偿是提高半闭环数控机床伺服系统定位精度的一种主要方法，本文对反向间隙补偿算法实现过程中，如何缩短运动部件的反向间隙补偿时间、以及如何对机床的反向间隙补偿动态过程进行合理的控制等问题进行了研究，并在传统的阶跃式反向间隙补偿方法的基础上