高频响四轴联动的控制方法 如果采用普通具有伺服主轴的四轴联动数控系统,不仅成本太高,而且不能满足控制的实时性要求。如主轴每转过1°对直线轴控制1次,则控制频率应高于15kHz,普通数控是无法达到的。我们对X轴和Z轴采用了通用数控系统的控制方法,而主轴转角和直线轴的联动采用了转角为主,双轴联动的方法。主轴上安装有主轴编码器,计算机通过中断方式检测主轴的转角,中断处理程序根据主轴转角、Z轴和X轴的当前位置控制直线轴。这样既满足了四轴联动和实时性要求,又可以使用一般主轴而不必采用伺服主轴。在这种思想指导下,控制系统还可以进一步简化:由于活塞外轮廓表面的最大直径和最小直径之差一般小于2mm,活塞的加工为流水线大批量生产,可以用手动X轴调整一批活塞的最大直径,用直线轴控制刀尖相对于最大直径的相对位移,而在加工过程中不控制X轴,就可满足绝大部分活塞的加工要求。这样,在通用车床的Z轴上再安装一位置检测编码器,由计算机根据主轴转角和Z轴位置控制直线轴,就可完成对活塞外轮廓的加工。在这种情况下,主轴和Z轴都可以采用普通交流电动机驱动,X轴通过手柄调整,系统成本可大幅度降低。
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直线轴控制参数的调整方法 对于直线轴,经扫频和系统辨识可得到其动力学模型为一个近似的二阶系统,用传递函数表示为 ) p+ h$ Q6 G) L! M
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y(s)
=
k
u(s)
T2s2+2Tzs+1
式中:u为加在控制端的输入电压,y为直线轴的位移,k为静刚度,T为时间常数,Z为阻尼比。对直线轴的机械结构进行精细设计,合理选择伺服部件的静刚度和运动部分的质量,可以得到满足使用要求的时间常数T和静刚度k。由于阻尼系数的动态性能有决定性影响,所以如果z过小,则其阶跃响应振荡次数多,超调量大,影响工件的轮廓度和表面粗糙度。机械部件调整阻尼比难于实现,我们通过在直线轴的运动件上安装速度传感器,由电子线路为系统提供适当的阻尼比。这样不仅容易实现,而且调整范围宽,阻尼比稳定,调整方法简单。
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