数控机床的准闭环控制数控技术

2 准闭环控制在普通车床中的应用

　　采用上述的准闭环控制技术,在普通车床上建立了一种新型的准闭环控制系统。该系统的主机板硬件结构如图3 所示。它基于MCS-51系列的AT89C52 单片机,扩展了一片27C512 作为EPROM,一片62256 作为SRAM,一片8279 管理键盘与显示器,一片8255 作为输入、输出接口,一片8253 作为计数器。X、Z 向直线光栅的A、B 相信号(相位差为90°) ,分别送到两个四倍频接口电路进行四细分和辨向,由两路四倍频接口输出的正、负向脉冲,再送到8253 计数器的CLK0、CLK1、CLK2 以及CPU 的计数器T0 ,从而形成准闭环控制。

图3 　车床准闭环控制系统的硬件结构框图 

3 实验分析

　　在一台经过数控改造的CM6132普通车床上,使用上述的准闭环控制系统(纵、横向进给脉冲当量分别为0.01mm 和0.005mm) ,进行了以下实验。

　　3.1 　拖板反向间隙的测定

　　图2示出了这台车床纵、横方向拖板在200mm行程范围内的反向间隙。在图2 中,水平坐标表示拖板的位移(mm) ,垂直坐标表示拖板的反向间隙(脉冲数) 。粗实线表示Z向拖板的间隙,细实线表示X向拖板的间隙。可以看出,不管是纵向拖板还是横向拖板,它们的反向间隙在导轨的全程上均是随机分布的。因此,开环系统即使具有固定量间隙补偿的功能,它也无法克服随机分布的间隙。

　　3.2 定位精度测定

　　表1为横向拖板从同一点出发到达不同位置的定位精度。从表1可以看出,开环系统的定位精度不高,最大定位误差是0.05mm,而闭环系统的定位误差则稳定地控制在±0.005mm(即一个脉冲当量) 之内。不同进给速度的定位精度实验表明,进给速度对定位精度影响甚小,这一点由软件中适当的降频处理来保证。

　　3.3 重复定位精度测定

　表2为横向拖板从同一点出发在不同位置的重复定位精度。从表2 可以看出,虽然开环系统的重复定位精度在某一点因采用固定量间隙补偿而达到改善(如表2 中第一点) ,但位移不同,重复定位精度也不同,这是由于导轨全长上的不均匀间隙造成的。而闭环系统的重复定位精度总是控制在±0.005mm以内。

　　3. 4 人为失步实验

　　在拖板移动过程中,对刀架施力,强迫步进电机失步。实验结果表明,开环系统对此失步无能为力,而闭环系统则能补偿此误差。