jic35導(dǎo)讀：一般而言，數(shù)控機(jī)床的振動和震動有細(xì)微但很明確的區(qū)別：在電機(jī)帶寬以內(nèi)的低頻運動通常稱之為振動，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)帶寬的高頻運動通常稱之為震動，往往需要對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，增加機(jī)械的剛性達(dá)到減輕振動的目的。數(shù)控機(jī)床或機(jī)器人的振動能夠增加工件加工時間、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，重點介紹基于加速度傳感器對高速數(shù)控機(jī)床進(jìn)行振動控制的新技術(shù)。
1.das（directaccelerationsensor）加速度傳感器
傳統(tǒng)中采用慣性測量單元（imu，inertialmeasurementunit）可以進(jìn)行慣性乃至振動的測量。但是，由于慣性測量單元的尺寸較大、成本較高以及測量頻率范圍過窄而難以用于數(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。同時，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，可以滿足數(shù)控系統(tǒng)對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性加速度計進(jìn)行排列，能夠進(jìn)行直線加速度和角加速度的測量，可測量軸數(shù)達(dá)6個。在軟件功能上，das加速度傳感器中有豐富的dasapi庫函數(shù)，能夠通過ethernetudp和簡單的客戶/服務(wù)器協(xié)議與計算機(jī)進(jìn)行通訊，允許用戶在windows和linux下開發(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速度驗證
通過加速度傳感器的dasapi庫，可以對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tcp速度的估算。為驗證加速度傳感器對tcp速度估算的有效性，特進(jìn)行實驗測試。在數(shù)控機(jī)床運行中，通過das加速度傳感器將刀具中心點tcp的加速度讀取到orchestra運動控制平臺中進(jìn)行速度估算，將此估算的結(jié)果與激光跟蹤儀測量的結(jié)果進(jìn)行對比，已達(dá)到驗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控制功能。orchestra開放式控制系統(tǒng)平臺能夠通過pc接口與通用數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊，將das加速度傳感器測量得到的機(jī)床振動信息進(jìn)行處理和補償，傳送給數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)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(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、加加速度等動態(tài)性能，會增加機(jī)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(jī)床動態(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)量的同時不降低加工精度。
zui終，通過采集加速度傳感器的測量信息并在orchestra控制系統(tǒng)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(shù)控機(jī)床的加工效率和表面質(zhì)量。同時，振動控制方案也可以應(yīng)用于各種工業(yè)機(jī)器人，改善其在高速運動下的動態(tài)特性。