接下來這兩期，小編為大家準備了純干貨：旋轉(zhuǎn)軸定位精度在五軸加工中的關(guān)鍵，主要從以下兩點進行討論：

1、討論機床回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)軸的全閉環(huán)和半閉環(huán)控制模式；

2、討論5軸加工涉及兩個高精度定位的旋轉(zhuǎn)軸在機床加工中的作用；

全球化的興起和市場的國際化使客戶的需求愈加多元化。在終端市場，用戶更加期待豐富和個性化的產(chǎn)品。在制造業(yè)，這些變化早已不是秘密。要與遍布全球的供應(yīng)商競爭，必須提供創(chuàng)新的產(chǎn)品、卓越的品質(zhì)和強勁的功能。還需要滿足單品小批量、嚴格幾何公差的要求和可視面和功能面需要達到更高表面質(zhì)量。同時，生產(chǎn)商必須適應(yīng)更短上市時間和更短產(chǎn)品生命周期的形勢要求。

在生產(chǎn)中，要提高品種規(guī)格的靈活性，需要使用5軸加工技術(shù)。用通用性的工裝夾具系統(tǒng)可進行多面和完整加工并提高自動化程度、靈活性和機床利用率。由于5軸技術(shù)允許大量使用標準刀具，允許在銑削路徑上改變刀具方向，以加工復(fù)雜的幾何形狀。

5軸加工

在5軸加工中，五個機床軸全部彼此相對運動并同步進行插補（三個直線軸和兩個旋轉(zhuǎn)軸）。

3+2加工

如果旋轉(zhuǎn)軸在加工前移到固定位置并在加工整個過程中保持在該位置不動，這是3+2軸式加工。

即使環(huán)境條件和加工條件發(fā)生變化，機床也需要保持加工件達到高精度的要求。因此，必須在位置信息處理中滿足測量精度和長期一致性的要求。特別是在5軸加工中，旋轉(zhuǎn)軸定位誤差顯著影響加工精度，因此直接影響工件精度。

圖1：5軸加工典型工件

根據(jù)成本構(gòu)成、客戶要求、機床的加工情況，特定旋轉(zhuǎn)軸可由力矩電機驅(qū)動或由伺服電機與機械傳動系統(tǒng)驅(qū)動。對于采用機械傳動的旋轉(zhuǎn)軸，編碼器的選型尤為關(guān)鍵，本文主要聚焦于該主題。對于由伺服電機和齒輪傳動系組成的旋轉(zhuǎn)軸，要測量其位置，最簡單的方法是用電機編碼器和傳動比。這就是半閉環(huán)控制的位置反饋控制方式。

半閉環(huán)控制

在半閉環(huán)控制中，不考慮機械傳動部件的誤差。反饋控制環(huán)中不含這些誤差。半閉環(huán)控制中的周期性負載導(dǎo)致傳動部件發(fā)熱，這是定位誤差較大的重要原因。

全閉環(huán)控制

如果將角度編碼器直接安裝在回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動軸上進行位置反饋，這是全閉環(huán)控制。在全閉環(huán)控制中，幾乎全部機械傳動誤差都在位置控制環(huán)中。

在下面討論中，我們將看到測量鏈中齒輪系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)軸定位的顯著影響以及該方法與在旋轉(zhuǎn)軸上直接使用角度編碼器的效果比較。

首先讓我們來了解一下被測機床的的配置：

以下測量結(jié)果來自高端5軸立式加工中心， 該機的配置為：工件使用一個直線軸和兩個旋轉(zhuǎn)軸，刀具使用兩個直線軸（該機結(jié)構(gòu)類似于圖2）。該機的行程范圍大約為600 mm x 600 mm x 500 mm。測試的主要內(nèi)容是工作臺的“C”軸旋轉(zhuǎn)軸，該軸由伺服電機和蝸輪驅(qū)動。

圖2：5軸加工機床的結(jié)構(gòu)示意圖

基準編碼器的設(shè)計和制造都用于確定回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度。圖3是其結(jié)構(gòu)式設(shè)計的示意圖?；鶞示幋a器有一個光學(xué)掃描的柵鼓[1]和四個非接觸式讀數(shù)頭[2]。掃描柵鼓位于回轉(zhuǎn)工作臺的中心并用適配器[3]安裝固定，測量時回轉(zhuǎn)工作臺帶動其旋轉(zhuǎn)。讀數(shù)頭分布在安裝座[4]中并用夾刀系統(tǒng)[5]固定在機床主軸上。

圖3：基準編碼器的示意圖

圖4為基準編碼器安裝在機床內(nèi)的情況。在測量時，找正以下部件的旋轉(zhuǎn)軸：回轉(zhuǎn)工作臺、基準編碼器的柵鼓和主軸。基準編碼器的精度由已校準的測量機鑒定，確保其系統(tǒng)精度達到±0.5"。如果在較大的安裝公差范圍內(nèi)和徑向±1.0 mm及軸向跳動0.4 mm的工作公差范圍內(nèi)，可達到以上精度要求。在機床上進行多次測量驗證基準編碼器的重復(fù)精度和質(zhì)量。

圖4： 基準編碼器位于機床回轉(zhuǎn)工作臺上

該基準編碼器的優(yōu)點是其允許的安裝公差較大（特別是允許±0.2 mm的偏心量），因此能大大簡化安裝和便于實際使用。該編碼器的標稱系統(tǒng)精度是指整套基準編碼器的精度且不受外部環(huán)境因素的影響。旋轉(zhuǎn)軸在任何位置處都能進行測量，也能使用極小的角度步距。不指定固定不變的測量位置數(shù)或測量位置間的等間距。無需將基準編碼器與機床關(guān)聯(lián)。

雖然力矩電機的直驅(qū)系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，但相當大比例的機床旋轉(zhuǎn)軸仍然采用伺服電機與機械傳動相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。其主要原因包括加工中的復(fù)雜性和機床的成本構(gòu)成。對于伺服電機，確定旋轉(zhuǎn)軸的角度位置有兩個方法。兩種位置反饋模式，即全閉環(huán)（CL）和半閉環(huán)（SCL），分別見圖5和圖6。

與全閉環(huán)控制不同，半閉環(huán)控制的誤差源不止一個，這是因為在編碼器的位置測量點與相應(yīng)回轉(zhuǎn)工作臺之間有許多部件。特別是幾何誤差、機械傳動部件的彈性誤差和溫度影響及磨損問題。加工力和振動的動態(tài)作用也影響位置測量。然而，在全閉環(huán)控制中，定位精度基本不受以上介紹的主要誤差源的影響，原因是角度編碼器在原點位置測量這些誤差，并在位置控制環(huán)中考慮這些誤差。 

那么我們得到了哪些結(jié)論呢？請期待下期講解！

未完待續(xù)！