一种数控机床倾斜进给系统摩擦误差补偿方法技术方案

本发明专利技术公开了一种数控机床倾斜进给系统摩擦误差补偿方法，本发明专利技术依据倾斜进给系统负载质量信息、倾斜角、运动轨迹参数、摩擦力矩、摩擦补偿效果最优值、相关动态特性信息及伺服控制参数，建立满足用户要求的摩擦补偿脉冲特征参数方程式，采用动态迭代算法，精确计算出摩擦补偿脉冲特征参数值，从而可生成摩擦补偿脉冲，克服了目前摩擦误差补偿方法的不足，可对倾斜进给系统换向过程中的摩擦误差有效补偿，提高了数控机床加工精度，并且本发明专利技术能够获得数控机床倾斜进给系统不同工况下的摩擦补偿脉冲，具有自适应能力强、摩擦误差补偿效果好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床倾斜进给系统摩擦误差补偿方法
本专利技术属于数控机床领域，具体涉及一种数控机床倾斜进给系统摩擦误差补偿方法。
技术介绍
摩擦是引起高速、高精度数控机床动态误差主要因素之一，且不利于运动控制精度的提高。由于摩擦误差严重地限制伺服进给系统运动精度的提高，因此，关于伺服进给系统的摩擦误差高精度、智能补偿一直是高速、高精度数控技术研究的热点和难点。倾斜进给系统常被用在数控机床中，相对于水平进给系统，倾斜进给系统具有结构设计紧凑、整体结构刚性高等优点。倾斜进给系统在换向过程中，由于受到重力分量作用的影响，导致正负换向过程中进给系统受力状态差异，从而使其在往复运动过程中正负方向换向处的摩擦误差形态呈现极不对称状态，严重影响进给系统运动精度。为了消除上述现象，常采用外加平衡质量块或实施数控系统重力分量补偿方法来抵消初始外界重力分量影响，然而加工过程中常出现负载质量发生较大改变的情况(如需要添加或更换刀具、动力头)，将导致未抵消重力分量的余量产生，严重影响进给系统运动精度。目前摩擦误差补偿方法主要集中在水平进给系统，而针对倾斜进给系统的摩擦误差补偿方法十分缺乏，迫切需要一种数控机床倾斜进给系统摩擦误差补偿方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种数控机床倾斜进给系统摩擦误差补偿方法，该方法依据倾斜进给系统的负载变化量与倾斜角，自动生成正负换向过程中的摩擦补偿脉冲，从而满足用户摩擦误差补偿效果要求，提高数控机床加工精度。为了达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：步骤一，通过数控机床产品说明书，获取数控机床倾斜进给系统初始状态下的负载质量M0和倾斜角θ；步骤二，计算数控机床倾斜进给系统初始状态下重力分量力矩Tg0，将计算获得的初始状态下重力分量力矩Tg0输入到数控系统重力补偿功能相应参数中，并设置重力补偿功能GCP生效；步骤三，通过数控系统获得倾斜进给系统运动轨迹插补指令xr、运动轨迹插补速度运动轨迹插补加速度通过运行参数设置界面得到倾斜进给系统伺服控制参数；步骤四，数控机床倾斜进给系统按照运动轨迹插补指令xr运动，并采集换向过程中伺服电机力矩控制变量值u，得到换向过程中摩擦误差峰值tslip时刻对应的力矩控制变量值uslip，进而获得倾斜进给系统的正负运动方向摩擦力矩值Tfsm；步骤五，获取数控机床加工过程中由添加刀具或动力头导致的数控机床倾斜进给系统重力分量力矩Tg1；步骤六，数控机床倾斜进给系统按照运动轨迹插补指令xr运动并采集换向时刻速度环积分增益项vie值；步骤七，采集换向过程中摩擦误差峰值时刻对应的控制变量u，获取伺服电机输出力矩Tm，依据摩擦补偿效果最优值ebest、正负运动方向摩擦力矩值Tfsm、运动轨迹插补指令xr，建立满足用户要求的摩擦补偿脉冲特征参数方程式；步骤八，开始求解建立的摩擦补偿脉冲特征参数方程式，通过不断计算及搜寻，获得迭代次数N，从而得到摩擦补偿脉冲持续时间Tp；步骤九，求解摩擦补偿脉冲幅值Ap，迭代算法以初始摩擦补偿脉冲幅值增量Api开始执行，计算(i+k)T时刻的跟随误差ex、命令速度vr、实际运动速度v、速度环误差项ev、速度环比例增益项vpe、速度环积分项vie、伺服控制器部分产生的力矩控制变量uce、伺服控制器产生的输出力矩Tce，迭代次数不断增加，直到迭代算法执行次数k>N；步骤十，若近似等式Tce((i+N)T)≈ΔTg+Tfsm不成立，则摩擦补偿脉冲幅值Ap更新为：Ap＝Ap+Api，直到近似等式Tce((i+N)T)≈ΔTg+Tfsm成立，迭代算法结束，最终得到满足用户要求的摩擦补偿脉冲幅值Ap及持续时间Tp；步骤十一，当数控机床倾斜进给系统按照运动轨迹插补指令xr运动并达到换向位置时，依据摩擦补偿脉冲幅值Ap及持续时间Tp生成摩擦补偿脉冲MFP；步骤十二，下一相邻时刻，将生成的摩擦补偿脉冲MFP添加到速度环指令处以补偿摩擦误差，从而实现满足用户摩擦补偿需求。步骤二中，数控系统重力补偿功能GCP用于抵消外界重力分量。步骤三中，进给系统伺服控制参数包括位置环比例增益Kpp、速度环比例增益Kvp、速度环积分增益Kvi、速度前馈系数KVF、加速度前馈系数KAF、速度环采样及控制周期T。步骤四中，倾斜进给系统的正负运动方向摩擦力矩值Tfsm为基于力矩平衡原理通过采集伺服电机力矩控制变量值u而间接获得的。步骤七中，摩擦补偿脉冲特征参数方程式基于力矩平衡原理，通过满足摩擦补偿效果最优值ebest而建立。步骤八中，摩擦补偿脉冲持续时间Tp为基于建立的摩擦补偿脉冲特征参数方程式通过满足摩擦补偿效果最优值ebest等式而求出。步骤十中，摩擦补偿脉冲幅值Ap为基于建立的摩擦补偿脉冲特征参数方程式通过迭代算法而求出。步骤十一中，换向位置通过运动轨迹插补指令xr来判断。步骤十二中，摩擦补偿脉冲MFP为一个幅值是Ap、持续时间是Tp的矩形脉冲。与现有技术相比，本专利技术依据倾斜进给系统负载质量信息、倾斜角、运动轨迹参数、摩擦力矩、摩擦补偿效果最优值、相关动态特性信息及伺服控制参数，建立满足用户要求的摩擦补偿脉冲特征参数方程式，采用动态迭代算法，精确计算出摩擦补偿脉冲特征参数值，从而可生成摩擦补偿脉冲，克服了目前摩擦误差补偿方法的不足，可对倾斜进给系统换向过程中的摩擦误差有效补偿，提高了数控机床加工精度，并且本专利技术能够获得数控机床倾斜进给系统不同工况下的摩擦补偿脉冲，具有自适应能力强、摩擦误差补偿效果好的优点。附图说明图1为本专利技术的原理框图；图2为本专利技术中摩擦补偿脉冲示意图；图3为本专利技术中运动轨迹指令图；图4为本专利技术中负载质量改变后的跟随误差图；图5为本专利技术中摩擦误差补偿效果图；图6为本专利技术的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。参见图1和图6，本专利技术包括以下步骤：步骤一，通过数控机床产品说明书，获取数控机床倾斜进给系统初始状态下的负载质量M0和倾斜角θ；步骤二，计算数控机床倾斜进给系统初始状态下重力分量力矩Tg0可表示为：Tg0＝M0·g·sinθ·rg(1)式中：g为重力加速度，rg为传动比；将计算获得的初始状态下重力分量力矩Tg0输入到数控系统重力补偿功能相应参数中，并设置重力补偿功能GCP生效以抵消重力分量力矩Tg0，此时伺服电机输出力矩Tm可表示为：Tm＝Tce+Tg0(2)式中：Tce为伺服控制器产生的输出力矩；伺服电机输出力矩Tm通过伺服电机力矩控制变量u生成，可表示为：Tm＝u(t)Kt(3)式中：Kt为力矩常数，可通过伺服驱动器说明书获得，伺服电机力矩控制变量u可表示为：u＝uce+ug0(4)式中：uce为伺服控制器部分产生的力矩控制变量；ug0为抵消重力分量力矩Tg0产生的力矩控制变量即：步骤三，通过数控系统可获得倾斜进给系统运动轨迹插补指令xr、运动轨迹插补速度运动轨迹插补加速度通过运行参数设置界面得到进给系统伺服控制参数，进给系统伺服控制参数包括位置环比例增益Kpp、速度环比例增益Kvp、速度环积分增益Kvi、速度前馈系数KVF、加速度前馈系数KAF、速度环采样及控制周期T；步骤四，数控机床倾斜进给系统按照运动轨迹插补指令xr运动，并采集换向过程中伺服电机力矩控制变量u，可得换向过程中的伺服电机输出力矩Tm，从而可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控机床倾斜进给系统摩擦误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，通过数控机床产品说明书，获取数控机床倾斜进给系统初始状态下的负载质量M0和倾斜角θ；步骤二，计算数控机床倾斜进给系统初始状态下重力分量力矩Tg0，将计算获得的初始状态下重力分量力矩Tg0输入到数控系统重力补偿功能相应参数中，并设置重力补偿功能GCP生效；步骤三，通过数控系统获得倾斜进给系统运动轨迹插补指令xr、运动轨迹插补速度

【技术特征摘要】
1.一种数控机床倾斜进给系统摩擦误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，通过数控机床产品说明书，获取数控机床倾斜进给系统初始状态下的负载质量M0和倾斜角θ；步骤二，计算数控机床倾斜进给系统初始状态下重力分量力矩Tg0，将计算获得的初始状态下重力分量力矩Tg0输入到数控系统重力补偿功能相应参数中，并设置重力补偿功能GCP生效；步骤三，通过数控系统获得倾斜进给系统运动轨迹插补指令xr、运动轨迹插补速度运动轨迹插补加速度通过运行参数设置界面得到倾斜进给系统伺服控制参数；步骤四，数控机床倾斜进给系统按照运动轨迹插补指令xr运动，并采集换向过程中伺服电机力矩控制变量值u，得到换向过程中摩擦误差峰值tslip时刻对应的力矩控制变量值uslip，进而获得倾斜进给系统的正负运动方向摩擦力矩值Tfsm；步骤五，获取数控机床加工过程中由添加刀具或动力头导致的数控机床倾斜进给系统重力分量力矩Tg1；步骤六，数控机床倾斜进给系统按照运动轨迹插补指令xr运动并采集换向时刻速度环积分增益项vie值；步骤七，采集换向过程中摩擦误差峰值时刻对应的控制变量u，获取伺服电机输出力矩Tm，依据摩擦补偿效果最优值ebest、正负运动方向摩擦力矩值Tfsm、运动轨迹插补指令xr，建立满足用户要求的摩擦补偿脉冲特征参数方程式；步骤八，开始求解建立的摩擦补偿脉冲特征参数方程式，通过不断计算及搜寻，获得迭代次数N，从而得到摩擦补偿脉冲持续时间Tp；步骤九，求解摩擦补偿脉冲幅值Ap，迭代算法以初始摩擦补偿脉冲幅值增量Api开始执行，计算(i+k)T时刻的跟随误差ex、命令速度vr、实际运动速度v、速度环误差项ev、速度环比例增益项vpe、速度环积分项vie、伺服控制器部分产生的力矩控制变量uce、伺服控制器产生的输出力矩Tce，迭代次数不断增加，直到迭代算法执行次数k>N；步骤十，若近似等式Tce((i+N)T)≈ΔTg+Tfsm不成立，则摩擦补偿脉冲幅值Ap更新为：Ap＝Ap+Api，直到近似等式Tce((i+N)T)≈ΔTg+T...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯斌，方秀荣，杨满芝，魏娟，张武刚，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61