全球化的興起和市場(chǎng)的國(guó)際化使客戶的需求更加多樣化。 在終端市場(chǎng)，用戶期待更豐富、個(gè)性化的產(chǎn)品。 在制造業(yè)，這些變化已經(jīng)不是秘密了。 要與世界各地的供應(yīng)商競(jìng)爭(zhēng)，須提供創(chuàng)新的產(chǎn)品、優(yōu)良的質(zhì)量和強(qiáng)大的功能。 須滿足單品小批量、嚴(yán)格的幾何公差要求和可視面和功能面要求，達(dá)到更高的表面質(zhì)量。 同時(shí)，制造商須適應(yīng)更短的上市時(shí)間和更短的產(chǎn)品生命周期的形勢(shì)要求。

在下兩期，小編為大家準(zhǔn)備了純干貨。 旋轉(zhuǎn)軸的定位精度是5軸加工中的關(guān)鍵，主要從以下2點(diǎn)進(jìn)行研究。

1 .研究機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸的全閉環(huán)和半閉環(huán)控制模式

2.5軸加工探討兩個(gè)高精度定位的旋轉(zhuǎn)軸在機(jī)床加工中的作用

全球化的興起和市場(chǎng)的國(guó)際化使客戶的需求更加多樣化。 在終端市場(chǎng)，用戶期待更豐富、個(gè)性化的產(chǎn)品。 在制造業(yè)，這些變化已經(jīng)不是秘密了。 要與世界各地的供應(yīng)商競(jìng)爭(zhēng)，須提供創(chuàng)新的產(chǎn)品、優(yōu)良的質(zhì)量和強(qiáng)大的功能。 須滿足單品小批量、嚴(yán)格的幾何公差要求和可視面和功能面要求，達(dá)到更高的表面質(zhì)量。 同時(shí)，制造商須適應(yīng)更短的上市時(shí)間和更短的產(chǎn)品生命周期的形勢(shì)要求。

在生產(chǎn)中，為了提高品種規(guī)格的柔軟性，需要5軸加工技術(shù)。 通用的安裝夾具系統(tǒng)可以進(jìn)行多方面且完全的加工，可以提高自動(dòng)化程度、靈活性和機(jī)床的利用率。 5軸技術(shù)可以大量使用標(biāo)準(zhǔn)刀具，因此可以在銑削路徑中改變刀具的方向來(lái)加工復(fù)雜的幾何。

五軸加工

在5軸加工中，5個(gè)機(jī)床軸都是相互相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同步插補(bǔ)(3個(gè)直線軸和2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸)。

3加工

這是在加工前旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)到固定位置，加工中也保持在該位置的情況下的3 2軸加工。

即使環(huán)境條件和加工條件發(fā)生變化，機(jī)床也須高精度地保持加工品。 因此，在位置信息處理中須滿足測(cè)量精度和長(zhǎng)期匹配性的要求。 特別是在5軸加工中，旋轉(zhuǎn)軸的定位誤差影響加工精度，因此直接影響工件精度。

根據(jù)成本構(gòu)成、客戶要求、機(jī)床加工狀況，特定的旋轉(zhuǎn)軸可以由力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可以由伺服電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。 對(duì)于采用機(jī)械傳動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸，編碼器的選擇特別重要，本文主要聚焦于這個(gè)主題。 對(duì)于由伺服電機(jī)和齒輪傳動(dòng)電機(jī)構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)軸，測(cè)量其位置的zui簡(jiǎn)單方法是電機(jī)編碼器和齒輪比。 這就是半閉環(huán)控制的位置反饋控制方式。

半閉環(huán)控制

半閉環(huán)控制不考慮機(jī)械傳動(dòng)零件的誤差。 反饋控制環(huán)路中不包含這些誤差。 半閉環(huán)控制中的周期性負(fù)載會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)部件發(fā)熱，是定位誤差較大的重要原因。全閉環(huán)控制

將角度編碼器直接安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸上進(jìn)行位置反饋時(shí)，為全閉環(huán)控制。 全閉環(huán)控制中，大部分機(jī)械傳遞誤差都在位置控制環(huán)上。

在以下討論中，我們比較了鏈內(nèi)的齒輪系統(tǒng)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸定位的影響和在旋轉(zhuǎn)軸上直接使用角度編碼器的效果。

首先，我們來(lái)看看被檢機(jī)床的配置。

以下測(cè)量結(jié)果來(lái)自gao端五軸立式加工中心，工件使用一個(gè)直線軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，刀具配置成使用兩個(gè)直線軸(這臺(tái)機(jī)器的結(jié)構(gòu)與圖2類(lèi)似)。 這臺(tái)機(jī)器的行程范圍約為600 mm  x  600 mm  x  500 mm。 測(cè)試的主要內(nèi)容是工作臺(tái)的“c”軸旋轉(zhuǎn)軸，該軸由伺服電機(jī)和蝸輪驅(qū)動(dòng)。

基準(zhǔn)編碼器的設(shè)計(jì)和制造用于確定旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位精度。 圖3是其結(jié)構(gòu)式設(shè)計(jì)的示意圖。 基準(zhǔn)編碼器有光掃描的柵極鼓[1]和四個(gè)非接觸讀取器[2]。 掃描儀鼓位于轉(zhuǎn)臺(tái)的中心，通過(guò)適配器[3]安裝固定，測(cè)量時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)。 讀取頭分布在安裝臺(tái)[4]上，通過(guò)卡盤(pán)系統(tǒng)[5]固定在機(jī)床的主軸上。

圖4是將基準(zhǔn)編碼器安裝在機(jī)床上的情況。 測(cè)量時(shí)，查找旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、基準(zhǔn)編碼器的柵極滾筒、主軸部件的旋轉(zhuǎn)軸。 基準(zhǔn)編碼器的精度通過(guò)校正后的測(cè)量?jī)x進(jìn)行識(shí)別，使系統(tǒng)精度達(dá)到0.5’。 如果在較大的安裝公差范圍內(nèi)、徑向1.0 mm及軸向跳動(dòng)0.4 mm的動(dòng)作公差范圍內(nèi)，則可以滿足上述精度要求。 用機(jī)床進(jìn)行多次測(cè)量，驗(yàn)證基準(zhǔn)編碼器的重復(fù)精度和質(zhì)量。

該基準(zhǔn)編碼器的優(yōu)點(diǎn)是允許的安裝公差大(特別是允許0.2 mm的偏心量)，因此安裝大幅度簡(jiǎn)化，實(shí)用也方便。 該編碼器的公稱系統(tǒng)精度是指基準(zhǔn)編碼器整體的精度，不受外部環(huán)境因素的影響。 旋轉(zhuǎn)軸可以從任何地方測(cè)量，也可以使用非常小的角度步長(zhǎng)。 不指定固定的測(cè)量位置數(shù)和測(cè)量位置之間的等間隔。 不需要將基準(zhǔn)編碼器與機(jī)床相關(guān)聯(lián)。

轉(zhuǎn)矩電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，但相當(dāng)比例的機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸采用了伺服電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。 其主要原因是加工中的復(fù)雜性和機(jī)床的成本構(gòu)成。 伺服電機(jī)時(shí)，決定旋轉(zhuǎn)軸的角度位置有兩種方法。 兩個(gè)位置反饋模式，即全閉環(huán)(CL  )和半閉環(huán)(SCL  )，分別參見(jiàn)圖5和圖6。

與全閉環(huán)控制不同，半閉環(huán)控制的誤差源有多個(gè)。 這是因?yàn)榫幋a器的位置測(cè)量點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)臺(tái)之間有很多零件。 特別是幾何誤差、機(jī)械傳動(dòng)部件的彈性誤差和溫度影響以及磨損問(wèn)題。 加工力和振動(dòng)的動(dòng)態(tài)作用也影響位置測(cè)量。 但是，在全閉環(huán)控制中，角度編碼器在原點(diǎn)位置測(cè)量這些誤差，在位置控制環(huán)中考慮了這些誤差，因此定位精度幾乎不受上述介紹的主要誤差源的影響。

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