旋轉(zhuǎn)軸定位精度

干

貨

接下來這兩期喊解，小編為大家準備了純干貨：旋轉(zhuǎn)軸定位精度在五軸加工中的關(guān)鍵兜畸，主要從以下兩點進行討論：

1、討論機床回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)軸的全閉環(huán)和半閉環(huán)控制模式拷泽；

2疫鹊、討論5軸加工涉及兩個高精度定位的旋轉(zhuǎn)軸在機床加工中的作用；

全球化的興起和市場的國際化使客戶的需求愈加多元化司致。在終端市場拆吆，用戶更加期待豐富和個性化的產(chǎn)品。在制造業(yè)脂矫，這些變化早已不是秘密枣耀。要與遍布全球的供應(yīng)商競爭，必須提供創(chuàng)新的產(chǎn)品庭再、卓越的品質(zhì)和強勁的功能捞奕。還需要滿足單品小批量、嚴格幾何公差的要求和可視面和功能面需要達到更高表面質(zhì)量拄轻。同時颅围，生產(chǎn)商必須適應(yīng)更短上市時間和更短產(chǎn)品生命周期的形勢要求。

在生產(chǎn)中恨搓，要提高品種規(guī)格的靈活性谷浅，需要使用5軸加工技術(shù)。用通用性的工裝夾具系統(tǒng)可進行多面和完整加工并提高自動化程度止槽、靈活性和機床利用率椅砸。由于5軸技術(shù)允許大量使用標(biāo)準刀具，允許在銑削路徑上改變刀具方向揍久，以加工復(fù)雜的幾何形狀嫡服。

5軸加工

在5軸加工中，五個機床軸全部彼此相對運動并同步進行插補（三個直線軸和兩個旋轉(zhuǎn)軸）迁耘。

3+2加工

如果旋轉(zhuǎn)軸在加工前移到固定位置并在加工整個過程中保持在該位置不動伴竹，這是3+2軸式加工。

即使環(huán)境條件和加工條件發(fā)生變化粤未，機床也需要保持加工件達到高精度的要求报叁。因此田漓，必須在位置信息處理中滿足測量精度和長期一致性的要求。特別是在5軸加工中付找，旋轉(zhuǎn)軸定位誤差顯著影響加工精度歧胃，因此直接影響工件精度。

圖1：5軸加工典型工件

根據(jù)成本構(gòu)成艰争、客戶要求坏瞄、機床的加工情況，特定旋轉(zhuǎn)軸可由力矩電機驅(qū)動或由伺服電機與機械傳動系統(tǒng)驅(qū)動甩卓。對于采用機械傳動的旋轉(zhuǎn)軸鸠匀，編碼器的選型尤為關(guān)鍵，本文主要聚焦于該主題逾柿。對于由伺服電機和齒輪傳動系組成的旋轉(zhuǎn)軸缀棍，要測量其位置，最簡單的方法是用電機編碼器和傳動比机错。這就是半閉環(huán)控制的位置反饋控制方式睦柴。

半閉環(huán)控制

在半閉環(huán)控制中，不考慮機械傳動部件的誤差毡熏。反饋控制環(huán)中不含這些誤差坦敌。半閉環(huán)控制中的周期性負載導(dǎo)致傳動部件發(fā)熱，這是定位誤差較大的重要原因痢法。

全閉環(huán)控制

如果將角度編碼器直接安裝在回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動軸上進行位置反饋狱窘，這是全閉環(huán)控制。在全閉環(huán)控制中财搁，幾乎全部機械傳動誤差都在位置控制環(huán)中愈饲。

在下面討論中，我們將看到測量鏈中齒輪系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)軸定位的顯著影響以及該方法與在旋轉(zhuǎn)軸上直接使用角度編碼器的效果比較蝉丧。

首先讓我們來了解一下被測機床的的配置：

以下測量結(jié)果來自高端5軸立式加工中心碴纺， 該機的配置為：工件使用一個直線軸和兩個旋轉(zhuǎn)軸，刀具使用兩個直線軸（該機結(jié)構(gòu)類似于圖2）就留。該機的行程范圍大約為600 mm x 600 mm x 500 mm仇习。測試的主要內(nèi)容是工作臺的“C”軸旋轉(zhuǎn)軸，該軸由伺服電機和蝸輪驅(qū)動拭奖。

圖2：5軸加工機床的結(jié)構(gòu)示意圖

基準編碼器的設(shè)計和制造都用于確定回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度梆载。圖3是其結(jié)構(gòu)式設(shè)計的示意圖∠糇矗基準編碼器有一個光學(xué)掃描的柵鼓[1]和四個非接觸式讀數(shù)頭[2]撵刷。掃描柵鼓位于回轉(zhuǎn)工作臺的中心并用適配器[3]安裝固定，測量時回轉(zhuǎn)工作臺帶動其旋轉(zhuǎn)捣兄。讀數(shù)頭分布在安裝座[4]中并用夾刀系統(tǒng)[5]固定在機床主軸上褐袒。

圖3：基準編碼器的示意圖

圖4為基準編碼器安裝在機床內(nèi)的情況啼术。在測量時，找正以下部件的旋轉(zhuǎn)軸：回轉(zhuǎn)工作臺载碌、基準編碼器的柵鼓和主軸猜嘱。基準編碼器的精度由已校準的測量機鑒定恐仑，確保其系統(tǒng)精度達到±0.5"泉坐。如果在較大的安裝公差范圍內(nèi)和徑向±1.0 mm及軸向跳動0.4 mm的工作公差范圍內(nèi)为鳄，可達到以上精度要求裳仆。在機床上進行多次測量驗證基準編碼器的重復(fù)精度和質(zhì)量。

圖4： 基準編碼器位于機床回轉(zhuǎn)工作臺上

該基準編碼器的優(yōu)點是其允許的安裝公差較大（特別是允許±0.2 mm的偏心量）孤钦，因此能大大簡化安裝和便于實際使用歧斟。該編碼器的標(biāo)稱系統(tǒng)精度是指整套基準編碼器的精度且不受外部環(huán)境因素的影響。旋轉(zhuǎn)軸在任何位置處都能進行測量偏形，也能使用極小的角度步距静袖。不指定固定不變的測量位置數(shù)或測量位置間的等間距。無需將基準編碼器與機床關(guān)聯(lián)俊扭。

雖然力矩電機的直驅(qū)系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用队橙，但相當(dāng)大比例的機床旋轉(zhuǎn)軸仍然采用伺服電機與機械傳動相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。其主要原因包括加工中的復(fù)雜性和機床的成本構(gòu)成贝泞。對于伺服電機淮辕，確定旋轉(zhuǎn)軸的角度位置有兩個方法。兩種位置反饋模式牡罚，即全閉環(huán)（CL）和半閉環(huán)（SCL）俯炮，分別見圖5和圖6。

與全閉環(huán)控制不同缰伶，半閉環(huán)控制的誤差源不止一個敦浅，這是因為在編碼器的位置測量點與相應(yīng)回轉(zhuǎn)工作臺之間有許多部件。特別是幾何誤差壮煎、機械傳動部件的彈性誤差和溫度影響及磨損問題赛琢。加工力和振動的動態(tài)作用也影響位置測量。然而触迄，在全閉環(huán)控制中茂禁，定位精度基本不受以上介紹的主要誤差源的影響，原因是角度編碼器在原點位置測量這些誤差夷呐，并在位置控制環(huán)中考慮這些誤差瞻窗。

那么我們得到了哪些結(jié)論呢？請期待下期講解悼做！

未完待續(xù)疯特！

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（海德漢）

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