jic35導(dǎo)讀：一般而言，數(shù)控機(jī)床的振動(dòng)和震動(dòng)有細(xì)微但很明確的區(qū)別：在電機(jī)帶寬以?xún)?nèi)的低頻運(yùn)動(dòng)通常稱(chēng)之為振動(dòng)，可以在保持機(jī)械結(jié)構(gòu)不變的前提下進(jìn)行消除和抑制；高于電機(jī)帶寬的高頻運(yùn)動(dòng)通常稱(chēng)之為震動(dòng)，往往需要對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，增加機(jī)械的剛性達(dá)到減輕振動(dòng)的目的。數(shù)控機(jī)床或機(jī)器人的振動(dòng)能夠增加工件加工時(shí)間、降低表面質(zhì)量甚至精度。本文將以五軸數(shù)控機(jī)床為例，重點(diǎn)介紹基于加速度傳感器對(duì)高速數(shù)控機(jī)床進(jìn)行振動(dòng)控制的新技術(shù)。
1.das（directaccelerationsensor）加速度傳感器
傳統(tǒng)中采用慣性測(cè)量單元（imu，inertialmeasurementunit）可以進(jìn)行慣性乃至振動(dòng)的測(cè)量。但是，由于慣性測(cè)量單元的尺寸較大、成本較高以及測(cè)量頻率范圍過(guò)窄而難以用于數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人行業(yè)。采用das加速度傳感器可以很好的適應(yīng)數(shù)控機(jī)床應(yīng)用，它具有尺寸緊湊（約100x100x30mm）和測(cè)量頻率范圍近于電機(jī)頻率（約100hz）以及占用數(shù)控機(jī)床整機(jī)的成本較?。s占整機(jī)成本5%）等特點(diǎn)。同時(shí)，由于采用以太網(wǎng)（ethernet）技術(shù)，das加速度傳感器的數(shù)據(jù)采集頻率約為100mb/s，可以滿(mǎn)足數(shù)控系統(tǒng)對(duì)采樣周期的較高要求。
在硬件結(jié)構(gòu)上，das加速度傳感器采用大量的平面線(xiàn)性加速度計(jì)進(jìn)行排列，能夠進(jìn)行直線(xiàn)加速度和角加速度的測(cè)量，可測(cè)量軸數(shù)達(dá)6個(gè)。在軟件功能上，das加速度傳感器中有豐富的dasapi庫(kù)函數(shù)，能夠通過(guò)ethernetudp和簡(jiǎn)單的客戶(hù)/服務(wù)器協(xié)議與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，允許用戶(hù)在windows和linux下開(kāi)發(fā)多種應(yīng)用，完成較為復(fù)雜的工作。
2.基于das加速度傳感器估算tcp速度驗(yàn)證
通過(guò)加速度傳感器的dasapi庫(kù)，可以對(duì)采集到的加速度傳感器的加速度信息進(jìn)行貝葉斯估算和傳感器融合算法進(jìn)行刀具中心點(diǎn)tcp速度的估算。為驗(yàn)證加速度傳感器對(duì)tcp速度估算的有效性，特進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中，通過(guò)das加速度傳感器將刀具中心點(diǎn)tcp的加速度讀取到orchestra運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)中進(jìn)行速度估算，將此估算的結(jié)果與激光跟蹤儀測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，已達(dá)到驗(yàn)證基于加速度傳感器估算tcp速度的有效性。需要注意的是，das加速度傳感器主要安裝在刀具中心點(diǎn)tcp的附近位置。
3.采用加速度傳感器進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的振動(dòng)控制
目前，絕大多數(shù)通用數(shù)控系統(tǒng)中不包含有效的振動(dòng)控制功能。orchestra開(kāi)放式控制系統(tǒng)平臺(tái)能夠通過(guò)pc接口與通用數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，將das加速度傳感器測(cè)量得到的機(jī)床振動(dòng)信息進(jìn)行處理和補(bǔ)償，傳送給數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)的控制。其中，orchestra平臺(tái)具備各類(lèi)接口，能夠完成不同硬件和傳感器的通訊工作，如與das、電機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器、通用數(shù)控系統(tǒng)的接口等。
4.結(jié)論
1）提高機(jī)床的加速度、加加速度等動(dòng)態(tài)性能，會(huì)增加機(jī)床的振動(dòng)甚至影響加工精度。
2）采用基于加速度傳感器的振動(dòng)控制方案，能夠在提高機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的基礎(chǔ)上（加速度增加50%，加加速度增加150%），提高機(jī)床的加工效率達(dá)15%，在提高表面質(zhì)量的同時(shí)不降低加工精度。
zui終，通過(guò)采集加速度傳感器的測(cè)量信息并在orchestra控制系統(tǒng)平臺(tái)下開(kāi)發(fā)的振動(dòng)控制方案能夠在不降低加工精度的前提下，提升數(shù)控機(jī)床的加工效率和表面質(zhì)量。同時(shí)，振動(dòng)控制方案也可以應(yīng)用于各種工業(yè)機(jī)器人，改善其在高速運(yùn)動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性。