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小孔機傳动誤差之动态測量法

  數控電火花小孔機的傳动誤差是指在機床傳动鍊的輸入軸驅动完全準确且为剛性的條件下,其輸出軸的實際位移與理論位移之差。機床上實現工件表面成形所需複合運动的傳动鍊――“内聯系”傳动鍊的兩末端執行元件之間必須始終嚴格保持符合給定要求的運动關系。傳动鍊的傳动精度是指其傳遞運动的準确程度,可用傳动誤差来衡量。由于機床實際存在傳动鍊誤差,導致工件表面成形運动軌迹存在誤差,最終反映到被加工工件上即引起成形表面的形狀誤差等。由于機床傳动鍊主要由齒輪副、蝸輪蝸杆副、螺紋副等組成,因此傳动鍊誤差主要来源于这些傳动元件的加工精度及安裝精度。從運动学角度来講,一切引起瞬時傳动比偏離給定傳动要求的因素均是傳动鍊誤差的来源。

  對機床傳动誤差的測量是對傳动誤差進行有效補償的前提,因此機床傳动誤差的精密測量一直是機械傳动技術的一項重要研究課題。機床傳动誤差的基本測量方法是在機床的相關部位安裝傳感器,借助于采用機、光、電原理的測量儀器并應用誤差評定理論對機床傳动系統各環節的誤差進行測量、分析及調整,從而找出誤差産生的原因及變化規律。

  數控電火花小孔機傳动誤差的动态測量方法

  傳动誤差的基本測量原理:設θ1、θ2分别为輸入、輸出軸的位移(角位移或線位移),輸入、輸出之間的理論傳动比为i,如以θ1作为基準,輸出軸的實際位移與理論位移的差值即为傳动鍊誤差δ,即δ=θ2-θ1/i。根據對位移信号θ1、θ2的測量方法不同,傳动誤差測量方法可分为比相測量法和計數測量法兩大類。

  1.機床傳动誤差比相測量方法

  兩傳感器的輸出信号θ1、θ2之間的相位關系反映了傳动鍊的傳动誤差。當傳动誤差TE=0,即傳动比恒定時,θ1、θ2之間保持恒定的相位關系;當傳动比i發生變化時,θ1、θ2之間的相位關系也随之發生變化。比相測量法就是通過測定θ1、θ2之間的相位關系来間接測量傳动誤差TE。随着數字技術、計算機技術的發展,比相測量法经曆了從模拟比相→數字比相→計算機數字比相的發展過程。

  (1)模拟比相法

  常用的觸發式相位計即采用了模拟比相法。模拟比相的原理:兩路信号经分頻後變为同頻率信号進入比相計,它們之間的時差Δt取決于θ1、θ2之間的相位差δ(t)。经雙穩态觸發器鑒别後,Δt變換为與比相矩形波占空比相對應的模拟量Δu,占空比的變化即反映了傳动鍊的傳动誤差。

  模拟比相測量系統存在以下問題:①δ(t)是以2π为周期并按一定規律變化的周期函數,設f为相位變化頻率,ω=2πf为角頻率,則有δ(t)=δ(ωt)。兩信号比相時,相位測量是以1/f为周期的重複測量,由條件0≤δ(ωt)≤2π可知,Δu與δ(t)具有線性關系。由于δ(ωt)呈周期變化,因此要求模拟記錄表頭的時間常數τ小于被測變化相位差的周期,即τ≤1/f,否則在前一個相位變化周期内還未獲得準确讀數時,後一個周期已開始重複,这樣就無法實時記錄相位差的變化。因此模拟比相法的动态測量性能較差,不能适應實時分析處理的动态測量要求。②測量分辨率與測量範圍相互制約,如提高分辨率,則會減小量程,为此需配置量程選擇電路,被測信号的相位差必須小于360°。③要求進入比相計的兩路信号頻率相同,即隻能進行同頻比相,因此兩路信号的分頻/倍頻器必須滿足傳动比變化要求,電路結構複雜,抗幹擾能力差,适用範圍較小。

  (2)數字比相法

  數字比相采用邏輯門和計數器来實現,相位差直接以數字量形式輸出。比相原理:兩同頻信号θ1、θ2经放大整形後得到兩組脈沖信号u1、u2,它們分别通過邏輯門電路控制計數器的開、關。計數器的計數結果即为θ1、θ2之間的時間間隔Δt,它與相位差δ(t)成正比。設比相信号周期为T,則有δ(t)=2πΔt/T。

小孔機

  數字比相測量法的小孔機主要特點为:①由于Δt值不僅取決于兩信号的相位差δ(t),而且還與兩信号的頻率有關。因此,为獲得較高精度的測量結果,就必須保證兩比相脈沖信号和時鐘信号均有較高精度。在一個比相周期T内,任何引起比相信号頻率變化的因素都将影響測量結果。②雖然數字比相彌補了模拟比相的一些不足,測量穩定性和可靠性有所提高,但仍然隻能适用于同頻比相。

  (3)微機細分比相法

  20世紀80年代以来,測試儀器微機化成为測量技術的重要發展趨勢。在機床傳动誤差測量中,微機細分比相法開始得到廣泛應用。

  微機細分比相法是數字比相法的微機化應用。由于計算機具有強大的邏輯、數值運算功能和控制功能,極易實現兩路信号的高頻時鐘細分、比相及輸出,因此外圍線路的制作比較簡單。傳动誤差为δ(t)=2πNt/N。在比相過程中,高頻脈沖φ不再由外部振蕩電路産生,而直接采用計算機内部的時鐘CP;脈沖CP的計數不再采用邏輯門電路計數器,而采用計算機内的可編程定時/計數器。微機細分比相測量法具有如下優點:①兩路比相信号無須頻率相同(即被測傳动鍊的傳动比可为任意值),在傳动鍊誤差的計算中,傳动比为一常數。②比相相位差可为任意值,不受相位差必須小于360°的限制。③實現了時鐘細分與比相的一體化,使硬件接口線路大大簡化。由于可編程計數器的分頻數可由計算機軟件控制,因此可方便地調整采樣頻率,以适應不同轉速下傳动鍊誤差的測量。④系統的細分精度和測量精度較高,便于構成智能化、多功能測量系統。

  2.機床傳动誤差計數測量方法

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發布時間:2012/1/22 15:33:57 點擊率:1332 [返回上一頁]
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