探討數控機床手動進給倍率快捷分析方法

周杰

摘 要：數控機床倍率是數控機床操作面板信號處理的重要內容之一，機床面板上有進給倍率開關、主軸倍率開關、快速進給倍率開關。本文主要以數控機床手動進給倍率為例，詳細講解進給倍率快捷分析方法，以供廣大學者和讀者朋友參考。

關鍵詞：數控機床;手動進給倍率;快捷分析方法

引言：CNCs的關鍵任務是在程序執行期間生成驅動機床各物理軸的設定點的時間序列。在這個軌跡上，刀具的運動速度和運動速度必須滿足所需的運動速度和速度。本文提出了一種數控系統的核心算法，該算法通過求解最優控制問題來解決軸的插補問題。與文獻中提出的其他解決方案相比，本文提出的方法采用了一種原始的方法，即假設在上述約束條件下添加預定義的路徑跟蹤公差，并計算滿足給定約束的整個軌跡（路徑和進給速度剖面）。將所提出的解決方案的有效性與工業級、最先進的CNC生成的軌跡進行了對比，證明了在軸速度剖面的效率和平滑度方面具有顯著的優勢。

1.機床直接進給傳動控制器的設計方法

該方法應用于直線電機（LM）和壓電驅動器（PA）。每個模型的結構由物理規律得到，其參數通過系統辨識得到。單傳遞函數（TF）模型可以準確地預測LM的響應。對于PA，需要多個局部模型來精確地表示其動力學特性。其次，針對單模型和多模型情況，提出了一種基于模型的具有抗飽和保護的二自由度控制器的設計方法。在LM算法中，增加了摩擦力補償、力脈動補償和干擾觀測器，提高了跟蹤性能。這兩種驅動器的實驗結果包括階躍、斜坡和正弦參考輸入。對于LM，與比例積分-微分（PID）控制器相比，1000μm階躍輸入的上升時間從25 ms減少到3.5 ms。對于功率放大器，10μm階躍的上升時間從6毫秒減少到1.5毫秒。[1]

1.1直接進給驅動器

為了減少切削和非切削加工時間，提高生產率，高速機床進給傳動要求不斷提高。這些要求包括高加速度，快速響應和小的跟蹤誤差。滾珠絲杠進給驅動器以其低的第一固有頻率被動態地驅動，這是高速系統的一個主要缺點，在高速系統中，進給驅動器必須響應高頻率的控制信號。線性電機（LMS）是一種適用于高速進給驅動的較好的解決方案.它們具有較高的固有頻率和比滾珠螺釘更高的剛度，因為它們不涉及彈性。壓電致動器（PAS）在微機械加工領域越來越重要.PASARE能夠提供高強度（10 KN以上）和高強度。剛度（大于100 N/um），具有納米級的運動.然而，他們受限于他們的低旅行距離。數控機床進給驅動伺服機構中存在摩擦現象，并影響其運動。雖然對進給驅動伺服機構的摩擦特性進行了大量的實驗研究，但仍存在未建模動力學和位置相關擾動等問題，這些問題對摩擦識別結果有很大影響。在本研究中，為了獲得可靠的摩擦和速度數據值，我們開發了一個改進的速度控制系統來減少未建模動力學的影響，并開發了一種摩擦力提取方法來消除位置相關擾動的不利影響。此外，在三軸數控銑床上進行了多個實驗和運動試驗，驗證了本文提出的摩擦識別方法的可行性。實驗結果表明，采用本研究所建立的摩擦模型進行摩擦補償的運動控制系統，其跟蹤誤差均方根值降低44.16%。此外，與傳統辨識方法相比，跟蹤誤差的均方根值進一步降低了9.52%

1.2非線性和不確定性建模

在LMS和PAS中，運動質量與執行器之間的直接接觸使得系統中的擾動對定位精度有較大的影響。理解這些干擾是為直接驅動設計一個魯棒控制器的關鍵。在LMS中使用武力可以影響精度，在控制器設計中必須進行補償。在由反饋和前饋分量和力波補償組成的林耳同步電動機控制器上，其跟蹤誤差提高了75%。LM驅動器的一些缺點，如直接驅動對負載擾動的敏感性增加，以及對控制器的高度依賴性，發現負載擾動可能是由于工件質量的變化、工作位置的變化而引起的。[2]

2.探討數控機床手動進給倍率快捷分析方法

如果加工系統（即機床、切削過程及其相互作用）的子系統（如進給驅動系統和主軸單元）的磨損導致性能下降，則無法生產出精確的零件。適當的維護措施可延遲可能的劣化，并盡量減少/避免導致生產率降低和生產成本提高的加工系統停工時間。此外，由于敏捷生產的引入，對產品精度要求的提高以及客戶對質量保證的要求，機床狀態的測量和監控變得越來越重要。因此，基于狀態的維修（CBM）實踐，如機床主軸部件的振動監測，對于運營高價值機器和部件的公司來說，成為一種非常有吸引力但仍然具有挑戰性的方法。CBM用于根據機器狀況規劃維修行動，并通過提前解決問題和控制加工操作的精度來防止故障。通過增加這方面的知識，企業可以通過減少嚴重故障、降低庫存成本、縮短維修時間、提高制造過程的可靠性來節省資金，從而實現更可預測的制造。因此，機床CBM保證了在正確的時間交付正確機器的正確能力或能力的基本條件。旋轉設備（如主軸）最常見的問題之一是軸承狀況（由于軸承磨損）。軸承故障可導致主軸嚴重損壞。振動分析可以通過測量主軸的整體振動或更準確地說，通過頻率分析來診斷軸承故障。數控機床的倍率是數控機床操作面板的重要內容。[3]

在數控機床的工作中，數控機床面板上的開關一般具有多種功能，可以確定快速或者是慢速。不管是利用哪一種速度，都需要通過傳輸信號來進行開關的選擇。這些開關在運行的過程中，由于需要編程競技的速度，所以在調節程序的過程中一般需要控制好主軸的速度。另外，這些開關在自動運行的過程中也可能發生移動的現象，所以需要設置固定循環的定位和自動參考位置的反饋。還有一些數控機床的手動開關需要在運行的過程中進行移動，那么也需要做好速度的設置。還有一些快速移動的信號，需要在移動的過程中利用系統的方法來進行設置。[4]

總的來說，如果是由不同字節組成的數值，在輸出的時候就要自動進行轉化。還有在公式的印象過程中，由于這些參數的不同，可能需要根據自己的特點來進行數值的設置。將這些不同的參數結果作為是近幾的速度輸出到每個控制軸上。比如說在進行編程的時候就可以將不同的狀態進行設置，輸出不同的數值。另外要注意，如果將這些數值進行輸入地址的時候，那么另一側的數值就要作為輸出的地址。還有一些地址在數值在外部供給的時候需要開關做好調配。另外也需要開關來控制這些數值，使得他們能夠得到不同的數字。將這些數值的關系對應填好，用開關控制的方法來控制調節。對應數值的大小必須要在編寫的時候進行，人為輸入，這些對應的關系也是由人為來確定的。總地來說，如果數值從一變到100的時候，那么它的輸出值則為40。[5]

結束語：分析手動進給倍率需要考慮進給倍率的輸出信號、G地址、相關參數以及PMC編程中的使用的數值間的相互關系，在調試過程中需要仔細排查哪個環節出錯。

參考文獻：

[1]李進東.數控機床結構對加工精度的影響及對策探討[J].四川輕化工大學學報（自然科學版），2020，30（1）：155-157.

[2]吳志偉，吳雪萌.數控機床機械結構設計和制造技術新動態的探討[J].中國金屬通報，2020，（3）：46-47.

[3]梁龍，嚴燦，曾欽， 等.礦用提升機主軸加工工藝優化與數控機床能耗研究與探討[J].科技視界，2019，（36）：22-23，36. DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.36.010.

[4]李裕岳.PLC機電一體化技術在數控機床中的應用探討[J].商情，2019，（40）：183.

[5]嚴磊.數控機床操作與維修專業人才培養方案探討[J].百科論壇電子雜志，2019，（13）：216.

基金項目： 2018東莞理工學院城市學院高等教育教學改革項目（項目編號： 2018yjjg015）

（東莞理工學院城市學院 523419）