开放式数控系统摩擦补偿的实现.pdf

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1、2011年10月机床与液压Oct．2011第39卷第19期MACHINET0OL＆HYDRAULICSVo1．39No．19DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．19．003开放式数控系统摩擦补偿的实现冯斌，张东升，程有龙，颜冠军，郭亮，盛晓超(西安交通大学机械工程学院，陕西西安710049)摘要：摩擦是引起数控机床换向误差的主要因素之一，降低了数控机床的加工精度。在机床换向时，摩擦力表现出非常强的非线性，不利于机床的高精度控制。在搭建的开放式数控系统平台上，通过对速度

2、环施加脉冲补偿量实现了对摩擦的补偿，有效降低了轮廓误差。关键词：开放式数控系统；数控机床；摩擦补偿中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011)19-007—3FrictionCompensationintheOpenNCSystemFENGBin，ZHANGDongsheng，CHENGYoulong，YANGuanjun，GUOLiang，SHENGXiaochao(Xi’anJiaotongUniversity，Xi’anShaanxi710049，China)A

3、bstract：Frictionisthekeyfactorcausingturningerr0rsinNCmachinetoolandthemachiningaccuracyisreduced．Itshowsstrongnonlinearityandbadforthehighprecisioncontro1．FrictioncompensationwasrealizedontheopenNCsystembyactingcompen—sationpulsestothevelocitycontroll

4、oopandthecontouraccuracyisimprovedeffectively．Keywords：OpenNCsystem；NCmachinetool；Frictioncompensation数控机床的高速、高精度是未来数控机床的主要静止到相对运动可分为4个运动阶段：静摩擦阶段、发展方向。在数控机床高速加工的过程中，特别是加边界润滑阶段、部分流体润滑阶段、全流体润滑阶工零件精度比较高时，摩擦对加工精度的影响是必须段。摩擦力考虑的。摩擦是引起高速、高精度数控机床进给伺服J机构轮廓误差的主要

5、因素之一，摩擦有害于运动精度静摩擦力．_-卜Stribeckgh线的控制，并在低速时表现出很强的非线性特征。数边‘／控机床的摩擦现象主要出现在速度过零时，由于非线界性摩擦力的作用使数控系统无法通过控制器来完全消润雾全流除由摩擦带来的不利影响。在非线性摩擦力的作用滑体润滑下，机床运动轴的跟随误差会出现尖峰现象，导致轮廓精差变差。在圆插补的过程中，在过象限处摩擦速曲现象表现得尤为明显。如何消除速度过零时的尖峰现象，一直是机床研究和使用者共同关心的问题。作者在搭建的开放式数控实验平台上，实现了对摩擦的有效

6、补偿，提高了在速度过零时的轮廓精度。1摩擦现象的建模以及仿真／．摩擦的非线性现象建模对认识摩擦以及对摩擦的补偿都是非常重要的。在机械伺服系统中，具有相对运动以及相对运动趋势的两个接触面会产生摩擦力，图1Stribeck曲线通过对摩擦面的微观变形过程进行分析，可以得到摩静摩擦阶段。接触面之间无相对运动，发生了微擦力变化的定性结果。摩擦力通常表现为相对运动速观的弹性变形。静摩擦力的大小不依赖于速度，其与度的函数，通常这种稳态对应关系称为Stribeck曲外界驱动力相等，方向相反。随着外界驱动力的不断线，

7、如图1所示。在相互接触的接触面之间从相对增大，静摩擦力也不断增大。收稿日期：2010—11—05’基金项目：国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项(2009ZX04014-023)作者简介：冯斌(198O一)，男，在读研究生，主要从事高精度运动控制方面的研究。E—mail：f~ngbin19801980@·8·机床与液压第39卷边界润滑阶段。当外界的驱动力大到可以克服最擦力和黏性摩擦力的描述，并且表达了Stribeck摩擦大静摩擦力的时候，两个接触面之间开始相对滑动，效应。然而指数摩擦模型没

8、有包含摩擦的一些动态特由于这一阶段两个接触面之间相对运动速度较低，不性，但由于其表达式比较简单以及对低速调节下的黏足以形成油膜。滑预测、Stribeck摩擦效应的精确表达等特性，使其部分流体润滑阶段。随着两个接触面之间的运动成为运动控制领域摩擦研究的主要模型之一。指数模速度逐步增加，接触面之间的油膜厚度也不断增加，型根据模型参数的结构包含多种表现形式，如Gauss．逐渐形成一层润滑油膜。ian摩擦模型、Tustin摩擦模型、通用指数模型和两全流体润滑阶段。随着两个接触