接下來(lái)這兩期，小編為大家準(zhǔn)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(diǎn)進(jìn)行討論：

1、討論機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(gè)高精度定位的旋轉(zhuǎn)軸在機(jī)床加工中的作用；

全球化的興起和市場(chǎng)的國(guó)際化使客戶的需求愈加多元化。在終端市場(chǎng)，用戶更加期待豐富和個(gè)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(jìng)爭(zhēng)，必須提供創(chuàng)新的產(chǎn)品、卓越的品質(zhì)和強(qiáng)勁的功能。還需要滿足單品小批量、嚴(yán)格幾何公差的要求和可視面和功能面需要達(dá)到更高表面質(zhì)量。同時(shí)，生產(chǎn)商必須適應(yīng)更短上市時(shí)間和更短產(chǎn)品生命周期的形勢(shì)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(jìn)行多面和完整加工并提高自動(dòng)化程度、靈活性和機(jī)床利用率。由于5軸技術(shù)允許大量使用標(biāo)準(zhǔn)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(gè)機(jī)床軸全部彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)并同步進(jìn)行插補(bǔ)（三個(gè)直線軸和兩個(gè)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(gè)過(guò)程中保持在該位置不動(dòng)，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(jī)床也需要保持加工件達(dá)到高精度的要求。因此，必須在位置信息處理中滿足測(cè)量精度和長(zhǎng)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(jī)床的加工情況，特定旋轉(zhuǎn)軸可由力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)或由伺服電機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于采用機(jī)械傳動(dòng)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(duì)于由伺服電機(jī)和齒輪傳動(dòng)系組成的旋轉(zhuǎn)軸，要測(cè)量其位置，最簡(jiǎn)單的方法是用電機(jī)編碼器和傳動(dòng)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(jī)械傳動(dòng)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(fù)載導(dǎo)致傳動(dòng)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(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上進(jìn)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(jī)械傳動(dòng)誤差都在位置控制環(huán)中。

在下面討論中，我們將看到測(cè)量鏈中齒輪系統(tǒng)對(duì)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(lái)了解一下被測(cè)機(jī)床的的配置：

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

圖2：5軸加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖

基準(zhǔn)編碼器的設(shè)計(jì)和制造都用于確定回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位精度。圖3是其結(jié)構(gòu)式設(shè)計(jì)的示意圖?；鶞?zhǔn)編碼器有一個(gè)光學(xué)掃描的柵鼓[1]和四個(gè)非接觸式讀數(shù)頭[2]。掃描柵鼓位于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的中心并用適配器[3]安裝固定，測(cè)量時(shí)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)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(jī)床主軸上。

圖3：基準(zhǔn)編碼器的示意圖

圖4為基準(zhǔn)編碼器安裝在機(jī)床內(nèi)的情況。在測(cè)量時(shí)，找正以下部件的旋轉(zhuǎn)軸：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、基準(zhǔn)編碼器的柵鼓和主軸?；鶞?zhǔn)編碼器的精度由已校準(zhǔn)的測(cè)量機(jī)鑒定，確保其系統(tǒng)精度達(dá)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(dòng)0.4 mm的工作公差范圍內(nèi)，可達(dá)到以上精度要求。在機(jī)床上進(jìn)行多次測(cè)量驗(yàn)證基準(zhǔn)編碼器的重復(fù)精度和質(zhì)量。

圖4： 基準(zhǔn)編碼器位于機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上

該基準(zhǔn)編碼器的優(yōu)點(diǎn)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(jiǎn)化安裝和便于實(shí)際使用。該編碼器的標(biāo)稱系統(tǒng)精度是指整套基準(zhǔn)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(jìn)行測(cè)量，也能使用極小的角度步距。不指定固定不變的測(cè)量位置數(shù)或測(cè)量位置間的等間距。無(wú)需將基準(zhǔn)編碼器與機(jī)床關(guān)聯(lián)。

雖然力矩電機(jī)的直驅(qū)系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，但相當(dāng)大比例的機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸仍然采用伺服電機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)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(jī)床的成本構(gòu)成。對(duì)于伺服電機(jī)，確定旋轉(zhuǎn)軸的角度位置有兩個(gè)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(jiàn)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(gè)，這是因?yàn)樵诰幋a器的位置測(cè)量點(diǎn)與相應(yīng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)之間有許多部件。特別是幾何誤差、機(jī)械傳動(dòng)部件的彈性誤差和溫度影響及磨損問(wèn)題。加工力和振動(dòng)的動(dòng)態(tài)作用也影響位置測(cè)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(diǎn)位置測(cè)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(qǐng)期待下期講解！

未完待續(xù)！