深孔加工數控機床直線坐標軸的全閉環(huán)控制
文章作者：臺翰機械 發(fā)布時間： 瀏覽次數：2534次
摘要：
隨著現代制造業(yè)的快速發(fā)展,數控機床越來越廣泛使用,以及數控機床定位精度、重復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)已經不能滿足用戶的需求。半閉環(huán)控制系統(tǒng)不能控制機床傳動機構的傳動誤差,當高速驅動機構,處理和熱變形過程中的錯誤所造成的錯誤的傳輸系統(tǒng)的磨損,這些錯誤嚴重影響數控機床的加工精度和穩(wěn)定性。線性光柵尺各種線性軸數控饑餓床和全閉環(huán)控制,消除誤差,提高機床的定位精度,重復定位精度和精度,可靠性提高數控機床位置精度的重要組成部分越來越得到用戶的青睞。
接下來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計以及數控系統(tǒng)的參數測量與調整。
一、線性光柵尺選型：
(1)選擇數控機床的精度等級配置線性光柵尺的設置線性軸的精度和定位精度,所以光柵尺的準確性水平考慮的第一件事,光柵尺精度+ / - 0.01毫米級,+ / - 0.005毫米,+ / - 0.003毫米,正負0.02毫米。當我們在數控機床的設計根據設計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,這是一個關鍵環(huán)節(jié)精密機床的工作過程中,要求格柵尺刻線載體的熱膨脹系數與機床熱膨脹系數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Zui大移動速度可達120m/min，完全滿足數控機床的設計要求。一個光柵尺的Zui大長度是3040mm。如果控制直線坐標軸大于3040mm，則通過光柵尺對接實現所需長度。
(2)的選擇的方法測量光柵尺的測量方式點增量式光柵尺和絕對式光柵尺兩種,所謂的增量式光柵尺是光柵掃描頭通過閱讀相對運動的起始點的距離和位置信息,為了獲得絕對的位置,起始點是雕刻的光柵尺作為參考標記,因此，機器必須回到參考點，當為位置控制打開電話。和絕對式光柵尺的不同寬度和間隔閃光網格線將絕對位置數據編碼的形式直接使光柵,光柵尺的電力和電子設備可以獲取位置信息,不動軸找參考點的位置,直接從光柵線獲得絕對位置值。
絕對型光柵尺比增量式光柵尺成本高出20%左右，機床設計者考慮數控機床價格，一般選用增量式光柵尺，以保證機床運動的精度，降低機床成本。但絕對式光柵尺后啟動不需要回參考點是增量式光柵尺的優(yōu)勢,引導過程機床斷電或故障后可以直接從執(zhí)行中斷的位置,縮短處理時間,不僅提高生產效率,并降低報廢率。因此，Zui理想的是在自動生產線上使用絕對光柵尺，這是由幾種數控機床組成的。
(3)輸出信號的選擇光柵尺輸出信號電流的正弦波信號,電壓正弦波信號,TTL矩形波信號和TTL差四個矩形波信號,而不同的光柵尺的輸出信號波形線性軸數控機床的定位精度沒有影響,重復定位精度,但必須與數控機床系統(tǒng),如果輸出信號的波形和數控機床系統(tǒng)不匹配，導致機器系統(tǒng)無法處理輸出信號的光柵尺，反饋線性軸全閉環(huán)控制，機床誤差補償。在實踐中是輸出信號波形和數控機床系統(tǒng)不匹配的情況,但處理這種情況也有辦法,只要輸出信號和機床系統(tǒng)配備了數碼電子設備(如:HEIDENHAINDE IBV600系列細分和數字電子設備),很容易解決
二、線性光柵尺的結構設計
1.行走姿勢對光柵尺檢測精度的影響
(1)驅動軸和接觸比的負荷點位置是眾所周知的，推動物體運動，如果不到位，容易引起物體旋轉，出現晃動等不穩(wěn)定現象。對于盡可能遠的動軸和加載點位置，由于結構和實踐上的限制，加工誤差、驅動軸和加載點位置都有一定的距離，導致出現振蕩現象時螺桿拖動負載。
(2)導軌阻尼特性的一致性。這兩種導軌的阻尼特性的一致性也是一個重要的影響因素。兩個導軌的阻尼特性的不一致也容易使物體振動。
(3)安裝光柵尺盡可能驅動軸的線性軸機床驅動系統(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Zui小化的原則,要求光柵尺安裝基準面控制軸附近工作,阿貝誤差越小,越接近它由光柵尺組成，控制定位精度較高，機床定位精度越好。但是，在實際操作中，由于結構和空間的限制，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，另一種是安裝在導軌的外側。為了獲得Zui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，卻沒有達到數控機床的精度。
雖然光柵尺的安裝位置較接近驅動軸，但畢竟安裝位置和驅動軸有一定的距離，距離和驅動對象的運動，光柵尺檢測控制的組合帶來了很多麻煩。當驅動對象的光柵尺安裝,光柵尺移動速度是不夠的,當測試給一個加速度信號,立即驅動對象到另一邊,光柵尺當測試和誤認為是移動太快,慢信號系統(tǒng),并運行,沒有提高數控機床的控制每個線性軸,加劇驅動對象的振動,導致整個閉環(huán)一半奇怪的現象。似乎驅動對象驅動軸的位置設計,光柵尺的安裝位置和兩個導軌阻尼特性是非常重要的,而且必須引起高度重視的機床設計師,在設計機器時必須認真考慮的因素,必將取得良好,滿足設計要求。
2.光柵尺、滑尺、滑尺支架的安裝面具有足夠的剛度和強度
光柵尺的安裝位置應足夠牢固。光柵尺采用光電掃描原理工作，使光柵尺不能處于強振動狀態(tài)，振動引起光源的不穩(wěn)定影響光柵尺的控制精度。所以安裝位置和Zui好的機器固體鑄造作為一個整體,即使由于結構性原因需要擬合,擬合的身體之間的組合和良好的接觸,足夠剛性連接,為了防止組合和聯合薄弱環(huán)節(jié)引起強烈的振動影響光柵尺的正常工作,Zui終導致加工中心定位精度的損失。
3.光柵尺的安裝位置應盡量遠離機床的熱源
光柵尺安裝位置應盡量遠離熱源的機床為了避免溫度的影響,加熱光柵尺不害怕,和整體環(huán)境溫度對光柵尺的影響很小,但機床的熱源,如滾珠絲桿副)在當地氣溫上升和生產錯誤,不確定性和錯誤是很難控制很難實時校正和補償,如果格柵腳靠近位置，勢必會影響格柵尺的控制精度。
4.光柵尺安裝位置的防護非常重要
在現代機床,用戶通常需要大流量冷卻,在交通擁擠時清潔,會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,容易凝結現象,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，嚴重影響光柵的測量。如果加工后的芯片靠近光柵堆積導致芯片去除，排水不良，導致光柵腳浸泡在切削液和雜質中，不得不影響光柵的使用，更嚴重的將使光柵尺損壞，使整機癱瘓。
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