[发明专利]半闭环控制下数控机床进给系统换向误差峰值预测方法

说明书

本发明公开了半闭环控制下数控机床进给系统换向误差峰值预测方法，采用激光干涉仪获取半闭环控制方式下数控机床进给系统反向间隙误差和螺距误差信息，采集半闭环控制方式下数控机床进给系统运行信息，基于推导的半闭环工作台换向误差峰值预测式，实现对工作台换向误差峰值的有效预测，从而可有效评估换向误差及其对运行精度的影响，为半闭环控制方式下数控机床进给系统换向误差有效分析与抑制奠定了基础，对提高半闭环控制方式下数控机床运行精度具有重要意义与应用价值。

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，具体涉及半闭环控制下数控机床进给系统换向误差峰值预测方法。

背景技术

数控机床以采用的控制方式分为半闭环和全闭环。与全闭环控制方式下的数控机床相比，半闭环控制方式下的数控机床虽然其运行精度低于全闭环控制方式下的数控机床，但其未安装反馈工作台实际位置的高精度光栅尺，控制系统也未包含机械传动机构，因而具有成本低，使用稳定可靠，在中、低端市场，年均采购量与市场保有量占有绝对优势。

换向误差是指数控机床进给系统换向时出现的运动误差。数控机床进给系统换向过程中由于存在丝杠磨损造成的反向间隙误差、非线性摩擦导致的摩擦误差、制造装配不良引起的几何误差等不利影响，导致出现了极大的运动误差尖峰，严重影响数控机床进给系统运动精度。换向误差峰值的大小直接决定了换向误差对运动精度的影响程度。由于半闭环控制方式下数控机床未安装反馈工作台实际位置的光栅尺，因而无法实时获得工作台的实际位置，导致难以有效实时监测数控机床换向误差，给半闭环控制方式下换向误差的评估、分析与控制带来了巨大困难，迫切需要一种半闭环控制方式下换向误差峰值预测方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供半闭环控制下数控机床进给系统换向误差峰值预测方法，能够提高数控机床的运行精度。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，将数控机床设置为在半闭环控制方式下工作，数控机床的进给系统依据位置指令X_r进行精密运动；

步骤二，关闭数控系统螺距误差补偿功能，采用激光干涉仪测量数控机床进给系统工作台反向间隙误差D_b和螺距误差E_s变化曲线；

步骤三，数控机床进给系统按照位置指令X_r进行运动，采集运动过程中位置指令X_r、伺服电机编码器输出转角θ_m及伺服电机力矩指令电压u_m；

步骤四，依据数控机床产品与部件信息，获取数控机床进给系统的名义传动系数r_gi、力矩常数K_t与系统刚度K_e；

步骤五，通过采集获取的伺服电机编码器输出转角θ_m，结合名义传动系数r_gi，得到伺服电机等效位置输出X_m，X_m(t)＝θ_m(t)·r_gi；

步骤六，通过采集获取的位置指令X_r及伺服电机等效位置输出X_m，得到半闭环控制方式下跟随误差E_rr，E_rr(t)＝X_r(t)-X_m(t)；

步骤七，通过采集获取的伺服电机力矩指令电压u_m，结合力矩常数K_t，得到伺服电机指令力矩输出T_m，T_m(t)＝u_m(t)·K_t；