深孔加工数控机床直线坐标轴的全闭环控制
文章作者：台翰机械 发布时间： 浏览次数：2281次
摘要：
随着现代制造业的快速发展,数控机床越来越广泛使用,以及数控机床定位精度、重复定位精度也逐日增加,原始类型的精密滚珠螺杆及编码器半闭环控制系统已经不能满足用户的需求。半闭环控制系统不能控制机床传动机构的传动误差,当高速驱动机构,处理和热变形过程中的错误所造成的错误的传输系统的磨损,这些错误严重影响数控机床的加工精度和稳定性。线性光栅尺各种线性轴数控饥饿床和全闭环控制,消除误差,提高机床的定位精度,重复定位精度和精度,可靠性提高数控机床位置精度的重要组成部分越来越得到用户的青睐。
接下来和大家讨论一下线性光栅尺的选择、安装、安装的专用工具的设计以及数控系统的参数测量与调整。
一、线性光栅尺选型：
(1)选择数控机床的精度等级配置线性光栅尺的设置线性轴的精度和定位精度,所以光栅尺的准确性水平考虑的第一件事,光栅尺精度+ / - 0.01毫米级,+ / - 0.005毫米,+ / - 0.003毫米,正负0.02毫米。当我们在数控机床的设计根据设计精度要求选择的精度水平,值得注意的是,在选择高精度光栅尺考虑光栅尺的热性能,这是一个关键环节精密机床的工作过程中,要求格栅尺刻线载体的热膨胀系数与机床热膨胀系数的格栅尺安装矩阵一致，以克服温度引起的热变形。
此外，光栅尺的Zui大移动速度可达120m/min，完全满足数控机床的设计要求。一个光栅尺的Zui大长度是3040mm。如果控制直线坐标轴大于3040mm，则通过光栅尺对接实现所需长度。
(2)的选择的方法测量光栅尺的测量方式点增量式光栅尺和绝对式光栅尺两种,所谓的增量式光栅尺是光栅扫描头通过阅读相对运动的起始点的距离和位置信息,为了获得绝对的位置,起始点是雕刻的光栅尺作为参考标记,因此，机器必须回到参考点，当为位置控制打开电话。和绝对式光栅尺的不同宽度和间隔闪光网格线将绝对位置数据编码的形式直接使光栅,光栅尺的电力和电子设备可以获取位置信息,不动轴找参考点的位置,直接从光栅线获得绝对位置值。
绝对型光栅尺比增量式光栅尺成本高出20%左右，机床设计者考虑数控机床价格，一般选用增量式光栅尺，以保证机床运动的精度，降低机床成本。但绝对式光栅尺后启动不需要回参考点是增量式光栅尺的优势,引导过程机床断电或故障后可以直接从执行中断的位置,缩短处理时间,不仅提高生产效率,并降低报废率。因此，Zui理想的是在自动生产线上使用绝对光栅尺，这是由几种数控机床组成的。
(3)输出信号的选择光栅尺输出信号电流的正弦波信号,电压正弦波信号,TTL矩形波信号和TTL差四个矩形波信号,而不同的光栅尺的输出信号波形线性轴数控机床的定位精度没有影响,重复定位精度,但必须与数控机床系统,如果输出信号的波形和数控机床系统不匹配，导致机器系统无法处理输出信号的光栅尺，反馈线性轴全闭环控制，机床误差补偿。在实践中是输出信号波形和数控机床系统不匹配的情况,但处理这种情况也有办法,只要输出信号和机床系统配备了数码电子设备(如:HEIDENHAINDE IBV600系列细分和数字电子设备),很容易解决
二、线性光栅尺的结构设计
1.行走姿势对光栅尺检测精度的影响
(1)驱动轴和接触比的负荷点位置是众所周知的，推动物体运动，如果不到位，容易引起物体旋转，出现晃动等不稳定现象。对于尽可能远的动轴和加载点位置，由于结构和实践上的限制，加工误差、驱动轴和加载点位置都有一定的距离，导致出现振荡现象时螺杆拖动负载。
(2)导轨阻尼特性的一致性。这两种导轨的阻尼特性的一致性也是一个重要的影响因素。两个导轨的阻尼特性的不一致也容易使物体振动。
(3)安装光栅尺尽可能驱动轴的线性轴机床驱动系统通常使用精密滚珠丝杠副,理论上所需的光栅尺尽可能靠近螺旋轴的位置,在这种情况下,光栅尺的安装符合阿贝误差Zui小化的原则,要求光栅尺安装基准面控制轴附近工作,阿贝误差越小,越接近它由光栅尺组成，控制定位精度较高，机床定位精度越好。但是，在实际操作中，由于结构和空间的限制，安装光栅尺的方法只有两种，一种是安装在靠近螺丝的一侧，另一种是安装在导轨的外侧。为了获得Zui小的abbe误差，建议尽可能选择第一种安装方法。选择高精度的光栅尺，却没有达到数控机床的精度。
虽然光栅尺的安装位置较接近驱动轴，但毕竟安装位置和驱动轴有一定的距离，距离和驱动对象的运动，光栅尺检测控制的组合带来了很多麻烦。当驱动对象的光栅尺安装,光栅尺移动速度是不够的,当测试给一个加速度信号,立即驱动对象到另一边,光栅尺当测试和误认为是移动太快,慢信号系统,并运行,没有提高数控机床的控制每个线性轴,加剧驱动对象的振动,导致整个闭环一半奇怪的现象。似乎驱动对象驱动轴的位置设计,光栅尺的安装位置和两个导轨阻尼特性是非常重要的,而且必须引起高度重视的机床设计师,在设计机器时必须认真考虑的因素,必将取得良好,满足设计要求。
2.光栅尺、滑尺、滑尺支架的安装面具有足够的刚度和强度
光栅尺的安装位置应足够牢固。光栅尺采用光电扫描原理工作，使光栅尺不能处于强振动状态，振动引起光源的不稳定影响光栅尺的控制精度。所以安装位置和Zui好的机器固体铸造作为一个整体,即使由于结构性原因需要拟合,拟合的身体之间的组合和良好的接触,足够刚性连接,为了防止组合和联合薄弱环节引起强烈的振动影响光栅尺的正常工作,Zui终导致加工中心定位精度的损失。
3.光栅尺的安装位置应尽量远离机床的热源
光栅尺安装位置应尽量远离热源的机床为了避免温度的影响,加热光栅尺不害怕,和整体环境温度对光栅尺的影响很小,但机床的热源,如滚珠丝杆副)在当地气温上升和生产错误,不确定性和错误是很难控制很难实时校正和补偿,如果格栅脚靠近位置，势必会影响格栅尺的控制精度。
4.光栅尺安装位置的防护非常重要
在现代机床,用户通常需要大流量冷却,在交通拥挤时清洁,会有切削液飞溅在光栅尺,光栅尺的工作环境充满了潮湿、喷雾冷却空气,容易凝结现象,在这种环境下光栅扫描头很容易有一层薄膜。这样，光栅尺的光投影不好，光栅容易留下水印，严重影响光栅的测量。如果加工后的芯片靠近光栅堆积导致芯片去除，排水不良，导致光栅脚浸泡在切削液和杂质中，不得不影响光栅的使用，更严重的将使光栅尺损坏，使整机瘫痪。
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