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機器人，改善其在高速運動下的動態特性。(end)
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