黃燦華

摘 要：Lynuc系統(tǒng)的摩擦補償原理，摩擦力的非線性特征，真圓度測試，測試步驟，如何在數(shù)控機床上減少圓插補的過象限誤差。

關(guān)鍵詞：摩擦；摩擦補償；tanh模型；真圓度測試；過象限誤差

在數(shù)控機床高速加工的過程中，對精度要求比較高，其中摩擦對加工精度影響比較大，有害于運動精度的控制。數(shù)控機床的摩擦特征在低速時表現(xiàn)出很強的非線性，主要表現(xiàn)在速度過零時，在非線性摩擦力的作用下，機床在低速或者換向時跟隨誤差會出現(xiàn)尖峰，如在數(shù)控機床進行圓運動時，會有象限突起現(xiàn)象。所以本文著重對摩擦力進行tanh建模進行求解，來實現(xiàn)對摩擦力有效補償，從而提高機床的輪廓精度。

摩擦主要作用于傳動裝置和導(dǎo)軌。機床運動軸應(yīng)該特別注意靜摩擦，因為在軸啟動時需要的力比正常運轉(zhuǎn)時需要的力大得多，這樣在軸啟動時候就會產(chǎn)生比較大的跟隨誤差。例如：一個軸從負的速度加速到正的速度時當速度通過0的時候，因為要改變摩擦力狀態(tài)，插補軸將會有一個很短時間的停滯從而產(chǎn)生輪廓誤差，這個現(xiàn)象在加工圓形輪廓工件時特別突出，在轉(zhuǎn)換象限的地方，一個軸已經(jīng)到達了它的最大速度而另一個軸的速度卻為0。加上了這個摩擦補償以后電流環(huán)就提前補償一個電流值，達到減弱或消除“象限凸起”的目的。因為PID是控制滯后的，用PID調(diào)節(jié)誤差來不及。

1 摩擦補償?shù)墓ぷ髟?/p>

摩擦力tanh函數(shù)模型可以用如下表達式表示：

2 LS50機床真圓度測試

對LS50機床進行半徑分別為3，X軸和Y軸做圓運動，

打開真圓度測試頁面，因為該參數(shù)需要用測真圓度曲線進行微調(diào)。

真圓度測試頁面打開方法：點擊菜單欄上的“Motor”，在下拉菜單下選擇“Circle Accuracy”。

彈出的對話框里面選擇需要做哪個軸的補償（見圖2）。

（1）基本參數(shù)講解

Resolution：解析度（軸1mm對應(yīng)的脈沖數(shù)）

Comp Ratio：摩擦補償速率，對應(yīng)參數(shù)里面的【摩擦補償系數(shù)A】

Fric Comp：摩擦補償電流值，對應(yīng)參數(shù)里面的【摩擦補償系數(shù)C】

Radius：真圓度運行半徑（默認統(tǒng)一3mm）

Ta：S型曲線加減速時間

Ts：S型曲線S型部分加減速時間

Vel：真圓度測試時，軸運行速度

（2）首先補償X軸

根據(jù)經(jīng)驗，一般導(dǎo)軌滑塊結(jié)構(gòu)的機床

Fric Comp：一般取值200-800之間

Comp Ratio：一般取值 0.02-0.002之間

為了調(diào)試思路比較清晰，在此先調(diào)X軸（X軸屬于#1馬達）且調(diào)試時都把放大系數(shù)設(shè)成“120”，如圖3右上角。調(diào)#1馬達時只需要關(guān)注橫坐標，也就是黑框區(qū)域。

以上是無摩擦力補償參數(shù)的數(shù)據(jù)，真圓度達到了15.3um，且X方向（#1馬達）象限凸起比Y方向（#2馬達）嚴重。

（3）先嘗試給一個大概的值

補償之前會先試著設(shè)一個大概值Fric Comp：500；Comp Ratio：0.005。

發(fā)現(xiàn)象限凸起明顯減小，但是有“過補償”問題，在180°處，曲線稍為往里面凹了，在此需要減小“Fric Comp摩擦補償電流值”。

進過多次試驗，發(fā)現(xiàn)Fric Comp：350；Comp Ratio：0.008時補償效果比較合理，記錄該值。

（4）然后補償Y軸

調(diào)完X軸，再調(diào)Y軸（Y軸屬于#2馬達）且調(diào)試時都把放大系數(shù)設(shè)成“120”，如圖6右上角。調(diào)#2馬達時只需要關(guān)注縱坐標，也就是黑框區(qū)域。

經(jīng)過多次試驗，發(fā)現(xiàn)Fric Comp：250；Comp Ratio：0.008時補償效果比較合理。

3 把X參數(shù)恢復(fù)回去，測試效果

把XY補償參數(shù)都寫進去后，測試得到的補償效果見圖7。

達到了6.6um，補償效果非常明顯，見圖7。

“Comp Ratio”“Fric Comp”太大、太小產(chǎn)生的影響

答：Comp Ratio太大：補償速度會越快，會產(chǎn)生位置過沖，但曲線又可以回復(fù)，呈正弦曲線波動。

太?。?補償效果改善不明顯

Fric Comp太大：補償速度會越快，會產(chǎn)生位置過沖，曲線“向里凹”不會正弦波動

太?。貉a償效果改善不明顯

下圖解釋比較直觀：

4 結(jié)束語

摩擦力一直是機械運動中難以克服的問題。尤其在極低速和速度反向區(qū)域，運動形式的復(fù)雜性，使摩擦力影響極為突出。雖然對摩擦機理及其補償方法有很多研究和進展，但是在當前，機械加工和控制水平是不可能完全消除摩擦的。使用tanh模型摩擦力補償使得LS50數(shù)控機床大大消除了圓插補軌跡是輪廓誤差的尖峰，滿足了機床高速高精度的加工要求。

參考文獻

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