Сравнительные данные о возможных компенсациях погрешностей для различных производителей СЧПУ

Таблица 1

Рис. 4. Компенсация погрешности шага винта

Привод подач управляется по детерминированной заранее заданной УП, определяющей входные сигналы в функции времени по каждой координате, что позволяет заранее компенсировать систематические погрешности, а также формировать в УП входные воздействия, минимизирующие переходные процессы.

Следящий привод имеет, как минимум, два датчика обратной связи – по скорости (тахогенератор) и по пути. Тахогенератор всегда устанавливают на вал двигателя подачи, при этом часто встраивают непосредственно в двигатель.

Существуют три варианта его установки, в зависимости от которых различают и структурные схемы следящих приводов.

В станках нормальной точности датчик обратной связи по пути выполняют круговым и устанавливают на ходовой винт или на вал двигателя (рис. 5, а); поскольку пара винт – гайка не охвачена обратной связью, погрешности этой пары переносятся на изделие.

Рис. 5. Структурные схемы следящих приводов:

а – с полузамкнутым контуром обратной связи по пути; б – то же с замкнутым контуром; в –с гибридной схемой обратной связи; 1 – основной блок УЧПУ, 2 – узел управления приводом, 3 – блок привода, 4 – двигатель подачи, 5 – тахогенератор, 6 –стол станка, 7 – круговой датчик обратной связи по пути, 8 — линейный датчик обратной связи по пути, 9 –задание перемещения, 10 – блок программного или аппаратного сравнения, 11 – задание дополнительного перемещения, 12 – блок суммирования

Систематическую слагающую этих погрешностей, повторяющуюся стабильно, можно компенсировать с помощью заранее программируемых корректирующих сигналов. Следящие приводы с такой структурной схемой, называемой схемой с полузамкнутым контуром обратной связи по положению, обеспечивают точность позиционирования ±10 мкм.

В микропроцессорных системах ЧПУ обратные связи по пути замыкаются в УЧПУ, а обратные связи по скорости – в блоке управления приводом. Таким образом, в следящих системах используют регулируемый привод с введением обратной связи по пути. На выходе УЧПУ формируется сигнал постоянного тока с максимальными значениями ±10 В, величина сигнала которого соответствует рассогласованию между заданным и отработанным перемещением. Кроме этого УЧПУ выдает сигнал компенсаций скорости.

В прецизионных станках устанавливают на столе станка высокоточный линейный датчик 8 (рис. 5, б). Такая структурная схема называется замкнутой по положению. При этой схеме зазоры в кинематической цепи и упругие деформации влияют на колебания привода. Поэтому в ряде случаев (например, в тяжелых станках) применяют гибридную схему обратной связи (рис. 5, в), в которой используют два датчика пути: круговой, установленный на вал двигателя или ходовой винт, и линейный, установленный на стол станка. При этом круговой датчик используют для позиционирования, а линейный – для автоматической коррекции погрешностей кинематической цепи.

Таким образом, блок управления исполнительными следящими приводами подачи помимо основных функций, отраженных в его названии, выполняет еще следующие функции:

· коррекцию систематических погрешностей станка;

· компенсацию установившейся погрешности следящих приводов;

· устранение переходных динамических погрешностей, которые могут возникнуть в результате переходных процессов при скачкообразном изменении рассогласований приводов.

Упрощенная условная структурная схема блока управление следящими приводами изображена на рис. 6.

Рис. 6. Упрощенная условная структурная схема блока управление
следящими приводами

Пусть интерполятор работает на постоянной несущей частоте. В каждом периоде постоянной частоты он вырабатывает управляющее воздействие ; (для координаты ), которое поступает на вход блока сравнения с сигналом обратной связи. Рассогласование через блок последовательной коррекции и цифроаналоговый преобразователь управляет регулируемым приводом, а сигнал обратной связи по положению через аналого-цифровой преобразователь и блок коррекции систематических погрешностей возвращается к блоку сравнения.

Осуществление коррекции состоит в том, что полное перемещение вдоль координатной оси разбито на интервалы и для каждой k-й точки на границе соседних интервалов с абсолютной координатой заранее определена необходимая коррекция . Все коррекции сохраняются в массиве констант и коррекций. Необходимость коррекции возникает тогда, когда заданная абсолютная координата исполнительного органа совпадает с координатой очередной точки коррекции. Это происходит, когда пройденный от предыдущей точки коррекции путь превышает .

Рассмотренный алгоритм может изменяться при компенсации определенных погрешностей.

При необходимости компенсировать погрешность, обусловленную зазором в шариковой паре винт-гайка, в алгоритм необходимо добавить следующие процедуры:

· определения момента смены направления движения исполнительного органа;

· определения знака смены направления (с положительного направления на отрицательное или наоборот);

· компенсацию зазора.

При компенсации установившейся скоростной погрешности следящего привода следует учитывать тот факт, что она не зависит от запрограммированного пути; эта погрешность тем меньше, чем выше коэффициент усиления по скорости; при постоянной скорости подачи установившаяся скоростная погрешность постоянна. В связи с этим компенсация установившейся погрешности возможна путем введения в контур управления (например, через блок последовательной коррекции, см. рис. 6) дополнительного сигнала , пропорционального заданной скорости (для координаты ), где – период постоянной несущей частоты:

,

где и – коэффициенты пропорциональности.

Из формулы видно, что компенсирующий сигнал формируется путем умножения результата интерполяционных расчетов на постоянный коэффициент, который может быть задан с панели оператора, в тексте управляющей программы, в массиве констант или получен расчетным путем.