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         隨著模具行業(yè)、航空制造業(yè)對加工速度、加工精度和表面質(zhì)量的要求愈來愈高以及高速加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人制造商面臨著如何在實(shí)現(xiàn)較高加工速度的同時(shí)保證加工精度和表面質(zhì)量的課題。
　　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(如圖1)：卷板機(jī)在電機(jī)帶寬以內(nèi)的低頻運(yùn)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(yùn)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(shí)間、降低表面質(zhì)量甚至精度。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高速數(shù)控機(jī)床進(jìn)行振動控制的新技術(shù)。
　　1. DAS(Direct Acceleration Sensor)加速度傳感器
　　傳統(tǒng)中采用慣性測量單元(IMU，Inertial Measurement Unit)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100x100x30 mm)和測量頻率范圍近于電機(jī)頻率(約100 Hz)以及占用數(shù)控機(jī)床整機(jī)的成本較小(約占整機(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100 Mb/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(jì)進(jìn)行排列，卷板機(jī)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DAS API庫函數(shù)，能夠通過Ethernet UDP和簡單的客戶/服務(wù)器協(xié)議與計(jì)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(yàn)證
　　通過加速度傳感器的DAS API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(diǎn)TCP速度的估算。為驗(yàn)證加速度傳感器對TCP速度估算的有效性，特進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試。在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中，通過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(yàn)證基于加速度傳感器估算TCP速度的有效性(實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D3)。需要注意的是，卷板機(jī)DAS加速度傳感器主要安裝在刀具中心點(diǎn)TCP的附近位置。
       在數(shù)控機(jī)床執(zhí)行菱形運(yùn)動軌跡時(shí)，分別通過DAS加速度傳感器估算TCP速度和激光跟蹤儀在線測量TCP速度，測試條件為加速度值7 m/s^2，加加速度值80 m/s^3，進(jìn)行結(jié)果對比如圖4(藍(lán)線-加速度傳感器貝葉斯估算和融合算法，綠線-僅采用旋轉(zhuǎn)編碼器估算速度，紅線-激光干涉儀測量的真實(shí)速度)。采用加速度傳感器貝葉斯估算和融合算法估算得出的TCP速度值能夠較為準(zhǔn)確的反應(yīng)機(jī)床TCP的實(shí)際運(yùn)動速度。

　  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(bǔ)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，卷板機(jī)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。來源：網(wǎng)絡(luò)