在進(jìn)行精密車削時，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)表面不夠光滑，出現(xiàn)明顯的“刀紋”，需要使用細(xì)砂紙或油石進(jìn)行后處理才能達(dá)到理想的外觀。本文介紹了通過采用銳鷹傳感更高精度的編碼器替換方案，解決了刀紋優(yōu)化的難題，明顯改善了加工件的表面平整度。

　　文/浙江銳鷹傳感技術(shù)股份有限公司

　　1 “刀紋”成為車床加工效率和精度的“絆腳石”

　　車床是金屬切削機(jī)床中最主要的一種，在一般的機(jī)器制造工廠中以車床為主數(shù)量最多，也稱之為工業(yè)“母機(jī)”，是國家發(fā)展基石，它的質(zhì)量與性能決定了一個國家的整體制造實力與發(fā)展水平。

　　加工精度和生產(chǎn)效率是車床行業(yè)的重要競爭因素。然而在實際操作中，數(shù)控車床的加工精度受到很多因素的影響，根據(jù)以往的研究，車床本身誤差所占比例約為45%到65%。

　　特別是在進(jìn)行精密車削時，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)表面不夠光滑，出現(xiàn)明顯的“刀紋”，需要使用細(xì)砂紙或油石進(jìn)行后處理才能達(dá)到理想的外觀。

　　在對精度有較高要求的電鍍件加工中，必須格外小心，以免因處理不當(dāng)而導(dǎo)致廢品產(chǎn)生，大大影響到車床加工的效率和品質(zhì)。

　　2 “刀紋”產(chǎn)生的重要原因

　　機(jī)床伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)是機(jī)床加工中的核心控制系統(tǒng)，由控制器、編碼器、驅(qū)動器等組成。

　　其基本原理是通過編碼器的反饋信號，控制器能實時監(jiān)測和控制機(jī)床的位置、速度和加速度等參數(shù)，從而實現(xiàn)對機(jī)床的高精度控制(圖1)。

　　圖1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的構(gòu)成

　　在半閉環(huán)的方式中，當(dāng)伺服電機(jī)控制絲杠做反方向運(yùn)轉(zhuǎn)的時候，會出現(xiàn)空隙的空運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這會造成反向間隙誤差。再有，在外力作用下，數(shù)控車床的傳動機(jī)構(gòu)和運(yùn)動機(jī)構(gòu)會產(chǎn)生彈性變形。這樣就導(dǎo)致了加工部位與車床其他部位受力不均勻，從而造成了彈性間隙的發(fā)生。當(dāng)編碼器的分辨率較低時，進(jìn)給系統(tǒng)的位置反饋信號更不穩(wěn)定，存在的誤差值則更大。

　　當(dāng)編碼器的誤差曲線存在周期性誤差時，進(jìn)給系統(tǒng)的位置反饋信號會出現(xiàn)低頻諧波，導(dǎo)致位置誤差值不斷跳動，機(jī)床在高速或低速移動時可能無法準(zhǔn)確跟蹤預(yù)設(shè)的路徑，從而導(dǎo)致刀具與工件之間產(chǎn)生非預(yù)期的周期性振動。

　　這種振動在工件表面出現(xiàn)不規(guī)則的波紋狀或振紋圖案，即人們通常所說的“刀紋”(見圖2)，嚴(yán)重影響到加工質(zhì)量。因此，提高編碼器精度是優(yōu)化刀紋的關(guān)鍵所在。

　　圖2 刀紋表面

　　3 銳鷹傳感25bit光電絕對值編碼器，優(yōu)化“刀紋”

　　銳鷹傳感采用國際領(lǐng)先的精度校正補(bǔ)償算法，將原始信號導(dǎo)致的諧波分類降到最低，得到絕對定位精度≤±15角秒的一流水平。銳鷹傳感25bit光電絕對值編碼器，絕對定位精度達(dá)±15角秒，重復(fù)定位精度達(dá)±1角秒，大大提高了進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度，減少了加工過程中產(chǎn)生的累積誤差，沒有了周期性的位置誤差跳動，頭疼的“刀紋”也就不復(fù)存在。

　　圖3 精度校正補(bǔ)償算法

　　銳鷹傳感產(chǎn)品推薦如下：

　　(1)SROA42系列25bit光電絕對值編碼器

　　圖4 SROA42系列25bit光電絕對值編碼器

　　SROA42系列25bit光電絕對值編碼器的主要特點如下，產(chǎn)品的規(guī)格參數(shù)見圖4：

　　? 進(jìn)給軸25位高精度算法，低速穩(wěn)，剛性強(qiáng)，大進(jìn)給量切削抗擾動，光潔度佳;

　　? 一體結(jié)構(gòu)，安裝方便;

　　? 直軸錐軸，選擇多樣;

　　? 精準(zhǔn)定位，滿足需求。

　　圖5 SROA42系列規(guī)格參數(shù)

　　(2)SROA48系列機(jī)械多圈絕對值編碼器

　　圖6 SROA48系列機(jī)械多圈絕對值編碼器

　　SROA48系列機(jī)械多圈絕對值編碼器的主要特點如下，產(chǎn)品的規(guī)格參數(shù)見圖6：

　　? 性能同25位電子多圈一致，進(jìn)給軸無需電池盒，避免因電池盒虧電防護(hù)損壞等位置丟失機(jī)床調(diào)刀，永不丟零，免維護(hù)少故障點;

　　? 機(jī)械多圈技術(shù)，無需電池維護(hù);

　　? 光學(xué)25bit，高剛性、高響應(yīng)、高定位精度;

　　? 兼容標(biāo)準(zhǔn)錐軸結(jié)構(gòu)，高度保持29mm;

　　? 重復(fù)定位精度達(dá)±1角秒，絕對定位精度達(dá)±15角秒。

　　圖7 SROA48系列規(guī)格參數(shù)

　　4 應(yīng)用案例

　　該項目為某大型車床加工企業(yè)提供更高精度的編碼器替換方案，明顯地改善了加工件的表面平整度。

　　圖8 生產(chǎn)現(xiàn)場圖

　　(1)客戶“痛點”

　　圖9 原加工件表面工藝

　　車床加工器件表面不平整，有明顯的“刀紋”，嚴(yán)重影響加工效率和產(chǎn)品品質(zhì)(圖9)。

　　經(jīng)排查，車床伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)中安裝的編碼器精度較低，無法提供足夠精細(xì)的位置反饋，導(dǎo)致車床運(yùn)動控制不準(zhǔn)確(圖10)，進(jìn)而產(chǎn)生“刀紋”。

　　圖10 原編碼器速度波動

　　(2)銳鷹方案

　　銳鷹傳感為客戶提供了25bit高精度的SROA48系列機(jī)械多圈絕對值編碼器方案，產(chǎn)品高剛性，高響應(yīng)，高定位精度，實現(xiàn)了更小的位置誤差和更精確的加工路徑(圖11)，大大提高了加工精度。

　　圖11 銳鷹SROA48系列編碼器速度波動

　　同時，SROA48系列采用機(jī)械多圈技術(shù)，無需電池維護(hù)，減少加工環(huán)境變動，有效地減少了環(huán)境帶來的雜散誤差，進(jìn)一步提高了加工質(zhì)量(見圖12)。

圖12 改善后的表面