[发明专利]一种数控机床摩擦误差形态预测及形态特征参数确定方法

摘要

本发明公开了一种数控机床摩擦误差形态预测及形态特征参数确定方法，包括步骤：步骤一、获取相关设置参数；步骤二、停驻阶段的负载驱动力矩的计算；步骤三、最大静摩擦力矩及摩擦误差过渡时间的计算；步骤四、停驻阶段的摩擦误差和摩擦误差尖峰值的计算；步骤五、摩擦误差持续时间和反向加速阶段的摩擦误差的计算；步骤六、结果输出并同步显示。本发明方法简单，实现方便，操作简便，可预测数控机床不同工况下的摩擦误差形态，并且可获得数控机床不同工况下的摩擦误差形态特征参数，对数控机床摩擦误差抑制提供有效指导和依据，降低数控机床摩擦误差对数控机床运动精度的影响，实用性强。

主权项

1.一种数控机床摩擦误差形态预测及形态特征参数确定方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、获取相关设置参数：首先依据数控机床产品信息和数控机床伺服进给系统参数设置界面，获得数控机床相关设置参数；然后，采集数控机床伺服进给系统的控制变量um、反馈位置Xl和电机旋转角度θm，采用数据处理设备调用最小二乘辨识算法模块，将控制变量um、反馈位置Xl和电机旋转角度θm作为输入信号，得到数控机床伺服进给系统的系统刚度Ke和等效阻尼Bl；步骤二、停驻阶段的负载驱动力矩的计算：采用所述数据处理设备且根据公式得到停驻阶段的负载驱动力矩T_l(s)，其中，X_r(s)表示数控机床中运动工作台的运动指令位置，表示所述运动工作台换向位置处的反馈位置，表示所述运动工作台换向位置处的等效反馈位置，G_rls(s)表示换向过程中停驻阶段从运动指令位置X_r(s)到负载驱动力矩T_l(s)的传递函数，且G_als(s)表示从换向位置处的等效反馈位置到负载驱动力矩T_l(s)的传递函数，且步骤三、最大静摩擦力矩及摩擦误差过渡时间的计算：首先，采用所述数据处理设备且根据匀速状态下力矩平衡原理公式T_m＝T_f(t)，得到不同运动速度下的摩擦力矩T_f(t)，其中，T_m为电机驱动力矩，同时，再采用所述数据处理设备获得数控机床中运动工作台速度为零时的最大摩擦力矩T_f^sm；然后，采用所述数据处理设备且根据公式得到摩擦误差过渡时间T_b，其中，L^‑1(T_l(s))表示负载驱动力矩T_l(s)的拉氏反变换；步骤四、停驻阶段的摩擦误差和摩擦误差尖峰值的计算：采用所述数据处理设备且根据公式Err1(t)＝Xr(t)‑Xr(tstick)，得到停驻阶段的摩擦误差Err1(t)；其中，Xr(t)表示所述运动工作台t时刻的运动指令位置，Xr(tstick)所述运动工作台tstick时刻的运动指令位置；t∈[tstick,tslip]，tstick表示所述运动工作台的停驻阶段的起始时间，tslip表示所述运动工作台反向的滑动时刻；再采用所述数据处理设备且根据公式Ep＝Xr(tstick+Tb)‑Xr(tstick)，得到停驻阶段的摩擦误差尖峰值Ep，其中，Xr(tstick+Tb)表示所述运动工作台tstick+Tb时刻的运动指令位置；步骤五、摩擦误差持续时间和反向加速阶段的摩擦误差的计算：首先，采用所述数据处理设备且根据公式E_rr2(t)＝L^‑1[(1‑G_cf(s))X_r(s)‑G_dcf(s)T_f(s)]，得到反向加速阶段的摩擦误差E_rr2(t)，其中，G_cf(s)表示换向过程中反向加速阶段从运动指令位置X_r(s)到反馈位置X_l(s)的传递函数，且Δ₁(s)表示传递函数G_cf(s)的分母，a₀、a₁、a₂、a₃、a₄和a₅分别为传递函数G_cf(s)的分母多项式的各个系数，b₀、b₁和b₂分别为传递函数G_cf(s)的分子多项式的各个系数，且a₅＝J_lJ_m，a₄＝B_lJ_m+J_lK_tK_vpr_g，a₃＝K_eJ_l+K_eJ_m+B_lK_tK_vpr_g+J_lK_tK_vir_g，a₂＝K_eK_tK_vpr_g+B_lK_tK_vir_g+B_lK_e，a₁＝K_eK_tK_vir_g+K_eK_pK_tK_vpr_g，a₀＝K_eK_pK_tK_vir_g，b₂＝K_eK_tK_vpK_fvr_g，b₁＝K_eK_tr_g(K_fvK_vi+K_pK_vp)，b₀＝K_eK_pK_tK_vir_g，G_dcf(s)表示从摩擦力矩T_f(s)到反馈位置X_l(s)的传递函数，且Δ₂(s)表示传递函数G_dcf(s)的分母且Δ₂(s)＝Δ₁(s)，d₁、d₂和d₃分别为传递函数G_dcf(s)的分子多项式的各个系数，且d₃＝J_mr_g，d₂＝K_tK_vpr_g²，d₁＝(K_tK_vir_g+K_e)r_g，摩擦力矩T_f(s)是所述不同运动速度下的摩擦力矩T_f(t)的拉氏变换；然后，采用所述数据处理设备且根据公式L‑1[(1‑Gcf(s))Xr(s)‑Gdcf(s)Tf(s)]＝0，得到摩擦误差衰减为零时的时间tn；同时，采用所述数据处理设备且根据公式Ep＝Xr(t)‑Xr(tstick)，得到所述摩擦误差尖峰值Ep时的时间terr；再所述数据处理设备且根据公式Ta＝tn‑terr，得到摩擦误差衰减时间Ta；最后，采用所述数据处理设备且根据公式Tz＝Tb+Ta，得到摩擦误差持续时间Tz；步骤六、结果输出并同步显示：采用所述数据处理设备，通过与所述数据处理设备相接的显示器将摩擦误差形态特征参数进行同步输出，其中，所述摩擦误差形态特征参数包括摩擦误差过渡时间Tb、摩擦误差尖峰值Ep、摩擦误差衰减时间Ta和摩擦误差持续时间Tz；再采用所述数据处理设备调用绘制函数模块，根据所述摩擦误差形态特征参数、停驻阶段的摩擦误差Err1(t)和反向加速阶段的摩擦误差Err2(t)，以时间t为横坐标，理论摩擦误差为纵坐标，绘制出时间t和理论摩擦误差之间的理论摩擦误差曲线；同时，测量记录不同时刻实验摩擦误差变化值，并绘制出时间t和实验摩擦误差之间的实验摩擦误差曲线，采用所述数据处理设备将所述理论摩擦误差曲线和所述实验摩擦误差曲线整合到同一幅图，并通过所述显示器进行同步显示；再采用所述数据处理设备将所述理论摩擦误差曲线和所述实验摩擦误差曲线进行对比分析，得到理论摩擦误差和实验摩擦误差的偏差曲线，并通过所述显示器进行同步显示；步骤一中所述数控机床相关设置参数包括：电机惯量Jm、负载惯量Jl、数控机床伺服进给系统传动比rg、力矩常数Kt、位置环控制增益Kp、速度环比例增益Kvp、速度环积分增益Kvi、速度前馈增益Kfv，其中，所述电机惯量Jm、负载惯量Jl、数控机床伺服进给系统传动比rg和力矩常数Kt设置参数通过数控机床产品信息获取，所述位置环控制增益Kp、速度环比例增益Kvp、速度环积分增益Kvi和速度前馈增益Kfv设置参数通过数控机床伺服进给系统参数设置界面获取。