[发明专利]一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及机床精度监测与控制领域，特别涉及一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙监测方法。

背景技术

机床的跟随误差和轮廓误差是机床精度性能的主要评价指标，跟随误差是指单轴伺服指令位置与实际位置间的差值，轮廓误差是指实际位置到指令轨迹的正交距离。伺服轴在改变进给方向时会出现反向间隙，对于全闭环伺服系统的数控机床，反向间隙的出现严重的造成伺服系统巨大的时间滞后性和跟随误差，巨大的跟随误差也导致了轮廓加工时较大的轮廓误差。例如在进行圆轮廓加工时，伺服轴进给方向在变象限处改变，由此会导致较为突出的轮廓误差，称此为变象限误差。在数控机床伺服轴传动链中，动力传动环节如联轴器，齿轮副，滚珠丝杠副等均存在反向间隙，因此非直接驱动伺服轴系统中一定存在反向间隙。由于齿轮，滚珠丝杠的加工误差，磨损等造成机床伺服轴反向间隙在不同位置处是不相等的，而且在位置域也表现为一定的周期性波动特性，因此只有测试整个行程各个位置点的反向间隙才能全面准确的评价伺服轴反向间隙状况。在目前的反向间隙的测试中，利用外置传感器测量一个位置或极少位置点处的反向间隙值，并用过于稀疏的反向间隙值近似拟合估计全程的反向间隙状况，测试工具一般采用千分表、百分表或者激光传感器等外置传感器，测量方法多为手动测试，因此已有的测试方法误差较大，且不能获得整个行程反向间隙的波动情况。目前反向间隙误差的分析是基于半闭环伺服系统的数控机床，但是对于全闭环伺服系统的数控机床，反向间隙误差产生的机理是不同的，因此需要重新研究反向间隙误差的影响方式以保证间隙轮廓误差在允许的误差范围内。

申请号201010557048.4的专利利用百分表测试某一些位置点的机床反向间隙，该方法并不能测量描述出整个进给行程内任意一点处的反向间隙情况，而且为手动测试，对操作人员的要求较高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙监测方法，该监测方法自动化程度较高，监测成本较低，监测可靠性高。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种全闭环伺服系统的数控机床反向间隙监测方法，包括以下步骤：

步骤1，伺服轴在测试反向间隙的行程内以速度v匀速正向进给，同时利用编码器采集卡基于同一采样频率f测试电机位置x_m(t)和工作台位置x_l(t)，f的选取需满足奈奎斯特采样定理；

步骤2，在步骤1测试中，电机起始位置坐标为a，终点位置坐标为b，则可构造为首项是a，末项是b，间距是D的确定等间距电机位置值序列x_m(n)作为插值点序列，也即参考位置序列，其中D<vf;]]>

步骤3，根据等时间采样的电机位置序列x_m(t)和工作台位置序列x_l(t)，利用三次样条插值重新计算等间隔电机位置序列x_m(n)处的工作台位置序列x_l+(n)，得到正向进给时工作台位置—参考位置图，即x_l+(n)—x_m(n)曲线；

步骤4，伺服轴在测试行程内匀速反向进给，然后重复步骤1至步骤3过程，计算反向进给时参考位置x_m(n)处的工作台位置序列x_l-(n)，得到反向进给工作台位置—参考位置图，即x_l-(n)—x_m(n)曲线；

步骤5，步骤3与步骤4分别得到了电机正、反向运动时，参考位置x_m(n)处的工作台位置序列x_l+(n)与x_l-(n)，两次所测的不同工作台位置序列差值就表征了参考位置处x_m(n)的反向间隙序列c(n)：

c(n)=x_l-(n)-x_l+(n)    （1）

由此得到参考位置—反向间隙曲线，即x_m(n)—c(n)曲线；

步骤6，以反向间隙c(n)的最大值c_max作为反向间隙监测值；

步骤7，由反向间隙计算轮廓误差：