數控機床振動測量和控制技術
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圖4. 基于加速度傳感器估算TCP速度可行性驗證結果
3. 采用加速度傳感器進行數控機床的振動控制
目前，絕大多數通用數控系統中不包含有效的振動控制功能。Orchestra開放式控制系統平臺能夠通過PC接口與通用數控系統進行通訊，將DAS加速度傳感器測量得到的機床振動信息進行處理和補償，傳送給數控系統進行振動的控制。其中，Orchestra平臺具備各類接口，能夠完成不同硬件和傳感器的通訊工作，如與DAS、電機旋轉編碼器、通用數控系統的接口等。
圖5. 數控機床振動控制原理框圖
1) 標準測試，不采用振動控制方案：基于加速度4 m/s^2，加加速度50 m/s^3，加工精度要求為±30 μm
2) 高動態(tài)測試，不采用振動控制方案：基于加速度7 m/s^2，加加速度125 m/s^3，加工精度要求為±30 μm
3) 高動態(tài)測試，采用振動控制方案：基于加速度7 m/s^2，加加速度125 m/s^3，加工精度要求為±30 μm
圖6. DAS加速度傳感器安裝于TCP附近
圖7. 不同機床參數條件下機床運動位移和時間的關系
從圖7的實驗結果中可以得出如下結論：
1) 提高機床的加速度、加加速度等動態(tài)性能，會增加機床的振動甚至影響加工精度。
2) 采用基于加速度傳感器的振動控制方案，能夠在提高機床動態(tài)性能的基礎上(加速度增加50%，加加速度增加150%)，提高機床的加工效率達15%，在提高表面質量的同時不降低加工精度。
最終，通過采集加速度傳感器的測量信息并在Orchestra控制系統平臺下開發(fā)的振動控制方案能夠在不降低加工精度的前提下，提升數控機床的加工效率和表面質量。同時，振動控制方案也可以應用于各種工業(yè)機器人，改善其在高速運動下的動態(tài)特性。(end)
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