深孔加工數(shù)控機(jī)床直線坐標(biāo)軸的全閉環(huán)控制
文章作者：臺(tái)翰機(jī)械 發(fā)布時(shí)間： 瀏覽次數(shù)：3390次
摘要：
隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展,數(shù)控機(jī)床越來(lái)越廣泛使用,以及數(shù)控機(jī)床定位精度、重復(fù)定位精度也逐日增加,原始類型的精密滾珠螺桿及編碼器半閉環(huán)控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足用戶的需求。半閉環(huán)控制系統(tǒng)不能控制機(jī)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)誤差,當(dāng)高速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),處理和熱變形過程中的錯(cuò)誤所造成的錯(cuò)誤的傳輸系統(tǒng)的磨損,這些錯(cuò)誤嚴(yán)重影響數(shù)控機(jī)床的加工精度和穩(wěn)定性。線性光柵尺各種線性軸數(shù)控饑餓床和全閉環(huán)控制,消除誤差,提高機(jī)床的定位精度,重復(fù)定位精度和精度,可靠性提高數(shù)控機(jī)床位置精度的重要組成部分越來(lái)越得到用戶的青睞。
接下來(lái)和大家討論一下線性光柵尺的選擇、安裝、安裝的專用工具的設(shè)計(jì)以及數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量與調(diào)整。
一、線性光柵尺選型：
(1)選擇數(shù)控機(jī)床的精度等級(jí)配置線性光柵尺的設(shè)置線性軸的精度和定位精度,所以光柵尺的準(zhǔn)確性水平考慮的第一件事,光柵尺精度+ / - 0.01毫米級(jí),+ / - 0.005毫米,+ / - 0.003毫米,正負(fù)0.02毫米。當(dāng)我們?cè)跀?shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)精度要求選擇的精度水平,值得注意的是,在選擇高精度光柵尺考慮光柵尺的熱性能,這是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)精密機(jī)床的工作過程中,要求格柵尺刻線載體的熱膨脹系數(shù)與機(jī)床熱膨脹系數(shù)的格柵尺安裝矩陣一致，以克服溫度引起的熱變形。
此外，光柵尺的最大移動(dòng)速度可達(dá)120m/min，完全滿足數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)要求。一個(gè)光柵尺的最大長(zhǎng)度是3040mm。如果控制直線坐標(biāo)軸大于3040mm，則通過光柵尺對(duì)接實(shí)現(xiàn)所需長(zhǎng)度。
(2)的選擇的方法測(cè)量光柵尺的測(cè)量方式點(diǎn)增量式光柵尺和絕對(duì)式光柵尺兩種,所謂的增量式光柵尺是光柵掃描頭通過閱讀相對(duì)運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)的距離和位置信息,為了獲得絕對(duì)的位置,起始點(diǎn)是雕刻的光柵尺作為參考標(biāo)記,因此，機(jī)器必須回到參考點(diǎn)，當(dāng)為位置控制打開電話。和絕對(duì)式光柵尺的不同寬度和間隔閃光網(wǎng)格線將絕對(duì)位置數(shù)據(jù)編碼的形式直接使光柵,光柵尺的電力和電子設(shè)備可以獲取位置信息,不動(dòng)軸找參考點(diǎn)的位置,直接從光柵線獲得絕對(duì)位置值。
絕對(duì)型光柵尺比增量式光柵尺成本高出20%左右，機(jī)床設(shè)計(jì)者考慮數(shù)控機(jī)床價(jià)格，一般選用增量式光柵尺，以保證機(jī)床運(yùn)動(dòng)的精度，降低機(jī)床成本。但絕對(duì)式光柵尺后啟動(dòng)不需要回參考點(diǎn)是增量式光柵尺的優(yōu)勢(shì),引導(dǎo)過程機(jī)床斷電或故障后可以直接從執(zhí)行中斷的位置,縮短處理時(shí)間,不僅提高生產(chǎn)效率,并降低報(bào)廢率。因此，最理想的是在自動(dòng)生產(chǎn)線上使用絕對(duì)光柵尺，這是由幾種數(shù)控機(jī)床組成的。
(3)輸出信號(hào)的選擇光柵尺輸出信號(hào)電流的正弦波信號(hào),電壓正弦波信號(hào),TTL矩形波信號(hào)和TTL差四個(gè)矩形波信號(hào),而不同的光柵尺的輸出信號(hào)波形線性軸數(shù)控機(jī)床的定位精度沒有影響,重復(fù)定位精度,但必須與數(shù)控機(jī)床系統(tǒng),如果輸出信號(hào)的波形和數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)不匹配，導(dǎo)致機(jī)器系統(tǒng)無(wú)法處理輸出信號(hào)的光柵尺，反饋線性軸全閉環(huán)控制，機(jī)床誤差補(bǔ)償。在實(shí)踐中是輸出信號(hào)波形和數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)不匹配的情況,但處理這種情況也有辦法,只要輸出信號(hào)和機(jī)床系統(tǒng)配備了數(shù)碼電子設(shè)備(如:HEIDENHAINDE IBV600系列細(xì)分和數(shù)字電子設(shè)備),很容易解決
二、線性光柵尺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.行走姿勢(shì)對(duì)光柵尺檢測(cè)精度的影響
(1)驅(qū)動(dòng)軸和接觸比的負(fù)荷點(diǎn)位置是眾所周知的，推動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)，如果不到位，容易引起物體旋轉(zhuǎn)，出現(xiàn)晃動(dòng)等不穩(wěn)定現(xiàn)象。對(duì)于盡可能遠(yuǎn)的動(dòng)軸和加載點(diǎn)位置，由于結(jié)構(gòu)和實(shí)踐上的限制，加工誤差、驅(qū)動(dòng)軸和加載點(diǎn)位置都有一定的距離，導(dǎo)致出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象時(shí)螺桿拖動(dòng)負(fù)載。
(2)導(dǎo)軌阻尼特性的一致性。這兩種導(dǎo)軌的阻尼特性的一致性也是一個(gè)重要的影響因素。兩個(gè)導(dǎo)軌的阻尼特性的不一致也容易使物體振動(dòng)。
(3)安裝光柵尺盡可能驅(qū)動(dòng)軸的線性軸機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常使用精密滾珠絲杠副,理論上所需的光柵尺盡可能靠近螺旋軸的位置,在這種情況下,光柵尺的安裝符合阿貝誤差最小化的原則,要求光柵尺安裝基準(zhǔn)面控制軸附近工作,阿貝誤差越小,越接近它由光柵尺組成，控制定位精度較高，機(jī)床定位精度越好。但是，在實(shí)際操作中，由于結(jié)構(gòu)和空間的限制，安裝光柵尺的方法只有兩種，一種是安裝在靠近螺絲的一側(cè)，另一種是安裝在導(dǎo)軌的外側(cè)。為了獲得最小的abbe誤差，建議盡可能選擇第一種安裝方法。選擇高精度的光柵尺，卻沒有達(dá)到數(shù)控機(jī)床的精度。
雖然光柵尺的安裝位置較接近驅(qū)動(dòng)軸，但畢竟安裝位置和驅(qū)動(dòng)軸有一定的距離，距離和驅(qū)動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)，光柵尺檢測(cè)控制的組合帶來(lái)了很多麻煩。當(dāng)驅(qū)動(dòng)對(duì)象的光柵尺安裝,光柵尺移動(dòng)速度是不夠的,當(dāng)測(cè)試給一個(gè)加速度信號(hào),立即驅(qū)動(dòng)對(duì)象到另一邊,光柵尺當(dāng)測(cè)試和誤認(rèn)為是移動(dòng)太快,慢信號(hào)系統(tǒng),并運(yùn)行,沒有提高數(shù)控機(jī)床的控制每個(gè)線性軸,加劇驅(qū)動(dòng)對(duì)象的振動(dòng),導(dǎo)致整個(gè)閉環(huán)一半奇怪的現(xiàn)象。似乎驅(qū)動(dòng)對(duì)象驅(qū)動(dòng)軸的位置設(shè)計(jì),光柵尺的安裝位置和兩個(gè)導(dǎo)軌阻尼特性是非常重要的,而且必須引起高度重視的機(jī)床設(shè)計(jì)師,在設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)必須認(rèn)真考慮的因素,必將取得良好,滿足設(shè)計(jì)要求。
2.光柵尺、滑尺、滑尺支架的安裝面具有足夠的剛度和強(qiáng)度
光柵尺的安裝位置應(yīng)足夠牢固。光柵尺采用光電掃描原理工作，使光柵尺不能處于強(qiáng)振動(dòng)狀態(tài)，振動(dòng)引起光源的不穩(wěn)定影響光柵尺的控制精度。所以安裝位置和最好的機(jī)器固體鑄造作為一個(gè)整體,即使由于結(jié)構(gòu)性原因需要擬合,擬合的身體之間的組合和良好的接觸,足夠剛性連接,為了防止組合和聯(lián)合薄弱環(huán)節(jié)引起強(qiáng)烈的振動(dòng)影響光柵尺的正常工作,最終導(dǎo)致加工中心定位精度的損失。
3.光柵尺的安裝位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離機(jī)床的熱源
光柵尺安裝位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離熱源的機(jī)床為了避免溫度的影響,加熱光柵尺不害怕,和整體環(huán)境溫度對(duì)光柵尺的影響很小,但機(jī)床的熱源,如滾珠絲桿副)在當(dāng)?shù)貧鉁厣仙蜕a(chǎn)錯(cuò)誤,不確定性和錯(cuò)誤是很難控制很難實(shí)時(shí)校正和補(bǔ)償,如果格柵腳靠近位置，勢(shì)必會(huì)影響格柵尺的控制精度。
4.光柵尺安裝位置的防護(hù)非常重要
在現(xiàn)代機(jī)床,用戶通常需要大流量冷卻,在交通擁擠時(shí)清潔,會(huì)有切削液飛濺在光柵尺,光柵尺的工作環(huán)境充滿了潮濕、噴霧冷卻空氣,容易凝結(jié)現(xiàn)象,在這種環(huán)境下光柵掃描頭很容易有一層薄膜。這樣，光柵尺的光投影不好，光柵容易留下水印，嚴(yán)重影響光柵的測(cè)量。如果加工后的芯片靠近光柵堆積導(dǎo)致芯片去除，排水不良，導(dǎo)致光柵腳浸泡在切削液和雜質(zhì)中，不得不影響光柵的使用，更嚴(yán)重的將使光柵尺損壞，使整機(jī)癱瘓。
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