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在數控沖床上兩軸聯動加工直線、圓弧輪廓工件或加工工件的拐角部位時,伺服系統的速度誤差和加速度誤差特性將引起加工誤差。
一、速度誤差對加工精度的影響
在數控沖床的進給系統中,絲杠和螺母將電機的轉速轉換成執行部件的位移,這相當于一個積分環節,而系統的其余部分可簡化為一個增益和比例環節,于是進給系統可簡化了。從控制工程的角度看,該系統的特點是它對階躍位置指令輸入的響應沒有穩態誤差;對階躍速度,即斜坡位置指令輸入,其響應的穩態位置誤差。在數控沖床進給系統中,輸入不是階躍位置指令,而是斜坡位置指令,即為階躍速度的位置指令,因此必然存在位置誤差。
1.速度誤差對單坐標直線加工的影響
當進給系統獲得一個接恒速F進給的位移指令時,執行部件的速度并不能立即到到達指定的速度值F,而是從零逐漸上升到F值,以后就穩定在此速度值上運行。此時,系統的允許速度還是穩態速度。隨著執行部件的運動,實際位置在不斷改變,位置誤差不斷減小,保持對位置控制單元的一個不斷減小的正誤差信號;使執行部件減速,平穩地進入定位點,直到實際位置與指令位置相等,即位置誤差等于零為止。由此可知,速度誤差并不影響沿機床坐標軸定位運動或直線加工時停止位置的準確性,只是在時間上,實際位置較指令位置有所滯后。
2.速度誤差對加工直線輪廓的影響
刀具的實際位置仍在直線輪廓上,只是與指令位置有一定的滯后。在兩鈾的指令速度等于輪廓加工速度的分量,且兩軸進給系統的增益相等的條件下,直線輪廓加工時,速度誤差不會引起加工誤差。
3.速度誤差對圓弧加工的影響
數控沖床加工時,除速度誤差引起加工誤差外,系統的頻率特征也會影響到圓弧加工時的尺寸誤差。一般情況下,提高系統的固有頻率是減小半徑誤差的有效辦法。
二、伺服系統的響應特性對加工拐角的影響
加工拐角為直角的零件,而且加工路徑恰好沿著兩個正交坐標軸時,在某一鈾的位置指令輸入停止的瞬間,另二軸緊接著接受位置指令,并瞬時從零加速至指定的速度。
低增益系統使拐角處稍帶回弧。若為外拐角,則多切去一個小圓弧;若為內拐角,則切不干凈,造成所謂的欠程現象。如果不容許有欠程,可以通過編程,讓刀具在拐角處停留30-50ms,即可消除此現象。
高增益系統便拐角處留有一個鼓包。若切內拐角時,則刀具將切入工件。為限制這種超程現象,可在編程時對第一軸安排分級降速指令,或使程序轉段時有自動減速和加速功能。
常規的進給伺服系統加工拐角的情況,出現有欠程或者超程。
如果機床的進給伺服系統采用了前饋補償措施,從理論上來說,可以消除位置誤差、速度誤差和加速度誤差,即實現“無差調節”,更大程度地減少甚至消除加工拐角時的欠程和超程現象。
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