CN111580457A - 一种利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法，它包括以下步骤：（a）用控制器调试机床轴向增益，确保轴向电机惯量比正确；（b）将两个所述加速规分别安装在主轴和机床工作台上，并通过驱动器与所述控制器相连接；（c）将两个所述加速规获得的加速度信号通过所述驱动器传送至所述控制器，随后通过所述控制器进行振动抑制设定。可有效解决数控加工中因共振引起的震荡纹（水波纹）问题，无需提高机构刚性，降低了机床生产成本，而且调试过程友善，有较大调试空间。

Description

一种利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法
技术领域
本发明属于机械加工控制领域，涉及一种抑制加工震荡纹路的方法，具体涉及一种利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法。
背景技术
受轴向加减速力、摩擦与干涉力、齿轮或皮带的啮合力、刀具质量不平衡力等影响，数控机床（铣床）在进行加工时容易产生共振，而在工件表面形成震荡纹。现有技术中解决震荡纹主要是通过增大轴向电机加减速时间，以减少激振现象产生，这会使得工件加工时间延长；又或者增加机构刚性以减少共振现象，但这会增加厂商机床生产成本，降低良品率。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法，它基于含有加速规的控制系统，所述控制系统包括两个加速规、驱动器和控制器；一个所述加速规安装在主轴上且另一个所述加速规安装在机床工作台上，用于获取加速度信号；所述驱动器通过两根第一缆线分别与两个所述加速规相连接，用于对所述加速规获取的加速度信号进行转化；所述控制器通过第二缆线与所述驱动器相连接，用于进行振动抑制控制；
它包括以下步骤：
（a）用控制器调试机床轴向增益，确保轴向电机惯量比正确；
（b）将两个所述加速规分别安装在主轴和机床工作台上，并通过驱动器与所述控制器相连接；
（c）将两个所述加速规获得的加速度信号通过所述驱动器传送至所述控制器，随后通过所述控制器进行振动抑制设定。
优化地，所述加速规通过固定单元安装在主轴或机床工作台上，所述固定单元为金属双面胶或强力磁铁。
进一步地，一个所述加速规安装在所述主轴外端面上且另一个所述加速规安装在所述机床工作台侧面上。
优化地，所述驱动器为S08-SMD-34C系列四合一驱动器，所述控制器为22系列控制器。
优化地，步骤（a）包括以下步骤：
（a1）利用所述控制器进行轴向电机惯量估测；
（a2）在所述机床不震动的情况下，提高所述轴向电机增益。
优化地，步骤（b）包括以下步骤：
（b1）将两个所述加速规各自通过第一缆线与所述驱动器相连接；
（b2）将所述控制器通过第二缆线与所述驱动器相连接，
（b3）通过所述控制器对所述驱动器进行串列参数设置。
优化地，步骤（c）包括以下步骤：
（c1）将所述机床进行X、Y、Z轴向运动多次，利用两个所述加速规获得机床的共振频率，并记录所述共振频率出现频次最高的一个频率；
（c2）通过所述控制器对所述共振频率进行分析，进行振动抑制设定即可。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法，通过采用特定结构的含有加速规的控制系统并配合进行一定的操作，可有效解决数控加工中因共振引起的震荡纹（水波纹）问题，无需提高机构刚性，降低了机床生产成本，而且调试过程友善，有较大调试空间。
附图说明
图1为本发明采用的含有加速规的控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合对本发明优选实施方案进行详细说明。
以下各实施例的说明是参考附图，用以例示本发明可据以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本申请，而非用以限制本申请。另外，在说明书中，除非明确地描述为相反的，否则词语“包括”或“包含”应被理解为意指包括该元件，但是不排除任何其它元件。
本发明提供一种基于含有加速规的控制系统，通常应用于三轴铣床上，如图1所示，主要包括两个加速规2、驱动器4和控制器5。
其中一个加速规2安装在主轴1上（主轴1的端部连接有主轴电机，因为主轴1的端部与主轴电机之间通常采用皮带连接，图中未显示；主轴电机亦称为伺服电机或主轴伺服电机，这样利用主轴电机的工作可以带动主轴1的同步转动），具体是安装在主轴1的外端面上（即主轴1的末端处；这是因为震荡纹路通常是Z轴方向的震荡导致，而X轴和Y轴方向的移动皆有可能造成Z轴方向的震荡，因此需要将一个加速规2安装在Z轴方向的末端）；另一个加速规2安装在机床工作台8上，具体是安装在机床工作台8的侧面上，使得两个加速规2上下配合设置；加速规2用于对应测量主轴1或机床工作台8的加速度，从而获取该加速度对应的加速度信号。加速规2通常自带有第一缆线6，而形成一个整体。在本实施例中，加速规2通过固定单元3安装在主轴1或机床工作台8上，该固定单元3为金属双面胶或强力磁铁，不能使用蜜蜡散热泥等刚性较低介质，以免影响量测效果。
驱动器4通过两根第一缆线6与两个加速规2相连接（一根第一缆线6对应连接一个加速规2），并与主轴电机相连接，这样驱动器4一方面可以将前述的加速度信号转化为位移量，另一方面可以根据获取的指令或信号对主轴电机进行诸如参数设置等控制。在本实施例中，驱动器4优选为新代公司的S08-SMD-34C系列四合一驱动器，它具有若干接口，分别为：接口A，外部电源输入接点，可以连接380~440V三相交流电源；接口B，马达驱动电源输出接点，连接马达侧提供马达电源，由右至左分别为第一至第四轴；接口C，制动电阻接；接口D，串列通信接孔，用于连接上位的控制器（如本申请中的控制系统5）以及连接串列驱动器；接口E，USB接孔，用于连接个人电脑；接口F，I/O信号接孔，用于连接I/O设备（如急停开关、警示灯等）；接口G，编码器反馈接孔，用于连接各轴马达编码器；接口H，MPG接孔，手轮专用接口以外接手轮；接口I，X1 PORT，输入界面，可外接输入端子板；接口J，Y1 PORT，输出界面，可外接输出端子板。可以将加速规2的6pin接头接在四合一驱动器前级板的编码器反馈接孔（可接于6pin扩充板）。
该控制器5通常安装在机床上（机床的钣金上），用于对主轴电机等进行控制（参数、信号等）；。在本实施例中，控制器5通常为新代公司的22系列控制器；它具有若干接口，分别为：接口B，LAN1&2，2组10/100M网络接口；接口C，键盘接口；接口D，2组USB2.0接口；接口E，M3串行伺服通信接口；接口F，I/O装置；接口G， RIO PORT接口；控制器5还通过LAN口连接外接PC（内置示波软件）或者示波器。控制器5还通过第二缆线7与驱动器4相连接，用于根据前述得到的位移量进行快速傅里叶变换（FFT，离散傅氏变换的快速算法）获得FFE峰值频率，从而便于操作人员根据该FFE峰值频率对其进行抑制控制；在本实施例中，控制器5还带有AL304型号编码器，可以将加速规2对应的位移量作为ADC余弦值置于编码器中，从而通过抓取ADC余弦信号来确定震动频率（即FFE峰值频率），并于PC或示波器上进行显示。
利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法，它利用上述基于含有加速规的控制系统，包括以下步骤：
（a）用控制器5调试机床轴向增益，确保轴向电机惯量比正确；具体为：
（a1）利用控制器5进行轴向电机惯量估测；具体操作为：在22系列控制器上通过按键依次选择以下功能：参数设置-调试功能-自动调机；
（a2）在机床不震动的情况下，提高所述轴向电机增益；具体操作为：在22系列控制器上通过按键依次选择以下功能：参数设置-下一页-串列参数设置，更改Pn-100速度回路增益、Pn-101速度回路积分时间常数和Pn-102位置回路增益（不震动是指机床轴向以G00来回运动时不产生震动）；
（b）将两个加速规2分别安装在主轴1和机床工作台8上，并通过驱动器4与控制器5相连接；具体为：
（b1）将两个加速规2各自通过第一缆线6与驱动器4相连接；即将加速规2的6pin接头接在新代四合一前级板的编码器接口（可接于6pin扩充板）；
（b2）将控制器5通过第二缆线7与驱动器4相连接，
（b3）通过控制器5对驱动器4进行串列参数设置；具体为：
在控制器5进行以下按键操作设置：参数设置-下一页-串列参数，将Pn-920（第二编码器通讯界面形态）设定为13（新代编码器），Pn-921（第二编码器接口号码）设置为对于6pin接口，Pn-92D（第二编码器感测板形态）设置为3（新代加速规）；
（c）将两个加速规2获得的加速度信号通过驱动器4传送至控制器5，随后通过控制器5进行振动抑制设定；具体为：
（c1）将机床进行X、Y、Z轴向运动多次，利用两个加速规2获得机床的共振频率，记录共振频率出现频次最高的一个频率；
（c2）通过控制器5对共振频率进行分析，进行振动抑制设定即可（即在新代控制器5上启用位置Notch功能，抑制机床末端共振点）；具体为：
在新代控制器5上进行按键操作以进入位置Notch功能：参数设置-下一页-串列参数-跳转至Pn-250参数；将Pn-250（位置 Notch Filter 开关）设置为1，开启位置Notch功能，按量测数值设置Pn-251（位置 Notch Filter 频率）、Pn-252（位置 Notch Filter Q值）、Pn-253（位置 Notch Filter 深度），调试结束；需要注意的是，记录此加速度FFT峰值頻率；若有两个峰值以上，则选择记录较低频率进行抑制。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据依据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法，它基于含有加速规的控制系统，所述控制系统包括两个加速规（2）、驱动器（4）和控制器（5）；一个所述加速规（2）安装在主轴（1）上且另一个所述加速规（2）安装在机床工作台（8）上，用于获取加速度信号；所述驱动器（4）通过两根第一缆线（6）分别与两个所述加速规（2）相连接，用于对所述加速规（2）获取的加速度信号进行转化；所述控制器（5）通过第二缆线（7）与所述驱动器（4）相连接，用于进行振动抑制控制；
其特征在于，它包括以下步骤：
（a）用控制器（5）调试机床轴向增益，确保轴向电机惯量比正确；
（b）将两个所述加速规（2）分别安装在主轴（1）和机床工作台（8）上，并通过驱动器（4）与所述控制器（5）相连接；
（c）将两个所述加速规（2）获得的加速度信号通过所述驱动器（4）传送至所述控制器（5），随后通过所述控制器（5）进行振动抑制设定。
2.根据权利要求1所述利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法，其特征在于：所述加速规（2）通过固定单元（3）安装在主轴（1）或机床工作台（8）上，所述固定单元（3）为金属双面胶或强力磁铁。
3.根据权利要求1或2所述利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法，其特征在于：一个所述加速规（2）安装在所述主轴（1）外端面上且另一个所述加速规（2）安装在所述机床工作台（8）侧面上。
4.根据权利要求1所述利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法，其特征在于：所述驱动器（4）为S08-SMD-34C系列四合一驱动器，所述控制器（5）为22系列控制器。
5.根据权利要求1所述利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法，其特征在于，步骤（a）包括以下步骤：
（a1）利用所述控制器（5）进行轴向电机惯量估测；
（a2）在所述机床不震动的情况下，提高所述轴向电机增益。
6.根据权利要求1所述利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法，其特征在于，步骤（b）包括以下步骤：
（b1）将两个所述加速规（2）各自通过第一缆线（6）与所述驱动器（4）相连接；
（b2）将所述控制器（5）通过第二缆线（7）与所述驱动器（4）相连接，
（b3）通过所述控制器（5）对所述驱动器（4）进行串列参数设置。
7.根据权利要求1所述利用加速规抑制数控机床加工震荡纹路的方法，其特征在于，步骤（c）包括以下步骤：
（c1）将所述机床进行X、Y、Z轴向运动多次，利用两个所述加速规（2）获得机床的共振频率，并记录所述共振频率出现频次最高的一个频率；
（c2）通过所述控制器（5）对所述共振频率进行分析，进行振动抑制设定即可。
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