摘 要：本文針對激光切割機上超精密運動平臺定位精度達不到要求的現(xiàn)象，詳細(xì)分析了伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)對激光切割設(shè)備中超精密運動平臺定位精度的影響，并找出了影響超精密運動平臺定位精度的主要因素，提供了解決方法，最后給出了實驗結(jié)果。 

數(shù)控設(shè)備中，定位精度定義為各運動軸在控制系統(tǒng)的控制下能達到目標(biāo)設(shè)定位置的精確度，它反映了數(shù)控設(shè)備各運動軸在行程內(nèi)的定位穩(wěn)定性[1]。在激光切割設(shè)備中，運動平臺的定位精度直接影響激光切割設(shè)備的切割精度，本文針對一臺FA系列激光切割機上超精密運動平臺定位精度達不到要求的現(xiàn)象，詳細(xì)分析了伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等主要因素對超精密運動平臺定位精度的影響，并找出了影響超精密運動平臺定位精度的主要因素，提供了解決方法，最后給出了實驗結(jié)果。 
 

1．影響超精密運動平臺定位精度的因素分析

1.1 伺服系統(tǒng)對運動平臺定位精度的影響

伺服控制系統(tǒng)的控制精度對運動平臺影響巨大，在伺服控制系統(tǒng)控制精度達到運動平臺控制精度的前提下，伺服控制系統(tǒng)對運動平臺定位精度的影響主要表現(xiàn)在伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定方面[2]。其中主要包括位置環(huán)增益，速度換增益和加減速等參數(shù)的設(shè)置。

伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益主要影響驅(qū)動電機的跟隨誤差，位置環(huán)增益不能設(shè)置的過高，也不能設(shè)置的過低。如果位置環(huán)增益設(shè)置過高的話，會使機臺出現(xiàn)震動現(xiàn)象，如果位置環(huán)增益設(shè)置太低，會使系統(tǒng)的跟隨能力大大降低，從而影響定位精度，而且，位置環(huán)與速度環(huán)是相互影響的。 

伺服系統(tǒng)的速度環(huán)增益主要控制電機的運轉(zhuǎn)速度，合理的速度環(huán)增益可以起到消除穩(wěn)態(tài)誤差的作用。但是，速度環(huán)增益如果設(shè)置過高，會使機器出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象；如果速度環(huán)增益設(shè)置過低又會使電機出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。從而影響平臺的定位精度。 

伺服電機的加減速曲線設(shè)置直接關(guān)系到運動控制平臺的定位精度，合理的加減速曲線設(shè)定可以在保證運動平臺運行穩(wěn)定的前提下提高運動平臺的定位精度。如果加減速度設(shè)置的過大，機臺的定位精度提高，但是運動平臺啟停時會出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象。如果加減速度設(shè)置過低，運動平臺運啟停時比較平穩(wěn)，但是定位精度會下降。 
 

1.2 檢測系統(tǒng)對運動平臺定位精度的影響

數(shù)控設(shè)備的檢測系統(tǒng)通常由光柵尺、編碼器、感應(yīng)同步器等常用的位置檢測元件組成。檢測元件主要是檢測平臺運動機構(gòu)的運動位置并且將檢測值反饋給控制器或相關(guān)伺服電機。 

檢測元件對運動平臺定位精度的影響主要表現(xiàn)在以下三個方面：

1、當(dāng)檢測元件的安裝位置在使用中出現(xiàn)聯(lián)接松動時，這時候檢測元件檢測的位置信號會出現(xiàn)異常，從而影響位置控制精度。

2、當(dāng)檢測元件受到灰塵、油污污染時，會導(dǎo)致檢測到的位置信號丟失，從而影響位置控制精度。

3、當(dāng)檢測元件本身的工作穩(wěn)定性不好時，其檢測的數(shù)據(jù)也將不穩(wěn)定，從而影響定位精確度。
 

1.3 傳動系統(tǒng)對運動平臺定位精度的影響。

傳動系統(tǒng)的傳動精度直接影響運動平臺定位系統(tǒng)的精度。當(dāng)傳動機構(gòu)采用滾珠絲桿機構(gòu)時，滾珠絲桿的制造精度，靈敏性和穩(wěn)定性將影響傳動機構(gòu)的傳動精度[3]。其對運動平臺定位精度的影響主要表現(xiàn)在：

1、當(dāng)滾珠絲桿的制造精度達不到要求時，傳動系統(tǒng)的傳動精度將達不到系統(tǒng)要求，從而影響運動平臺的定位精度。

2、當(dāng)滾珠絲桿支撐軸的壓覆壓合不良、滾珠絲桿支撐軸破損、驅(qū)動電機與滾珠絲桿聯(lián)軸器松動、滾珠絲桿潤滑不良、滾珠絲桿螺母副滾珠有破損時都將直接影響滾珠絲桿的傳動精度，進而影響運動平臺的定位精度。

當(dāng)傳動機構(gòu)采用直線電機時，導(dǎo)軌的直線度將直接影響傳動機構(gòu)的傳動精度。運動平臺由于長時間的運行，會導(dǎo)致數(shù)控設(shè)備的各系統(tǒng)部件產(chǎn)生應(yīng)力變形，這將改變運動平臺的導(dǎo)軌幾何精度[4]。當(dāng)導(dǎo)軌的水平度和平行度發(fā)生變形時，會加大運動平臺上導(dǎo)軌與滑體之間的接觸力和摩擦力，這必然會導(dǎo)致運動平臺上滑體和導(dǎo)軌之間的各個配合面出現(xiàn)不均勻的間隙，從而導(dǎo)致運動平臺導(dǎo)軌直線度降低，進而降低運動平臺的定位精度。

1.4 電氣系統(tǒng)對運動平臺定位精度的影響

電氣系統(tǒng)對運動平臺定位精度的影響主要表現(xiàn)在電壓波動對伺服系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)的干擾方面。電壓的波動可能使伺服電機、檢測元件等受到干擾，從而導(dǎo)致指令不正常，檢測數(shù)據(jù)不正常，信號丟失等現(xiàn)象。進而影響運動平臺的定位精度。 
 

1.5 其它因素對運動平臺定位精度的影響

除了上述主要因素對運動平臺的定位精度有影響外，其他因素也有可能影響運動平臺的定位精度，比如伺服系統(tǒng)過熱；車間粉塵進入伺服系統(tǒng)、檢測裝置內(nèi)使控制精度下降；潤滑系統(tǒng)清洗不及時，潤滑油、潤滑脂添加或更換不及時，導(dǎo)致系統(tǒng)潤滑狀態(tài)不良等。

2．提高超精密運動平臺定位精度的具體方法

通過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)主要是伺服系統(tǒng)的控制精度影響了超精密運動平臺的定位精度。在原先的伺服系統(tǒng)中，位置環(huán)增益和速度環(huán)增益設(shè)置值過高，超精密運動平臺在運行時有時會出現(xiàn)超程現(xiàn)象，而且原先的加減速曲線為“梯形曲線”，在運動平臺啟停時有時會出現(xiàn)速度突變等現(xiàn)象，這幾種原因?qū)е铝顺苓\動平臺的定位精度達不到生產(chǎn)要求，針對該現(xiàn)象我們經(jīng)過大量實驗最終確定了合適的伺服系統(tǒng)位置環(huán)增益和速度環(huán)增益，并且將加減速曲線設(shè)定為“S型曲線”。

2.1實驗測試。

利用激光干涉儀對超精密運動平臺定位精度誤差進行檢測，可精密測量出平臺的實際位置與規(guī)劃位置的誤差，通過數(shù)據(jù)可以很直觀的看出平臺的定位精度的高低，激光干涉儀如圖1所示。

圖1 激光干涉儀

采取改善措施后對超精密運動平臺的定位精度進行測試，測試結(jié)果如圖2所示

圖2 改善后超精密運動平臺定位精度曲線

平臺改善前，平臺定位精度如圖3所示。

圖3 改善前超精密運動平臺定位精度曲線 

由圖2和圖3可知，將伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益和速度環(huán)增益合理設(shè)置后，將加減速曲線設(shè)定為“S型曲線”，可以極大提高超精密運動平臺的定位精度，平臺的定位精度在-0.8µm～0.4µm，與原先平臺的定位精度（-2µm～12µm）相比有了很大提高。

3  結(jié)束語

作為超精密運動平臺的主要技術(shù)指標(biāo)，定位精度直接影響激光切割設(shè)備切割產(chǎn)品的輪廓精度及切割精度。本文詳細(xì)分析了影響超精密線性運動平臺定位精度的主要因素，為改善運動平臺定位精度提供了解決方向，對提高數(shù)控設(shè)備定位精度具有一定的參考價值。 

參考文獻：

[1] 劉靜，劉浩. 數(shù)控機床定位精度的綜合分析[J]. 中小企業(yè)管理與科技， 2011, 19:316-316.

[2] 陳頌楊.數(shù)控機床定位精度超差的研究[J]. 科技信息，2010, (21):111-112.

[3] 田軍委,王建華,李平,徐萍.超精密驅(qū)動機構(gòu)比較[J]. 西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2002,(1): 62-66.

[4] 范超毅. 提高加工中心定位精度的主動措施研究[J]. 機械制造,2009(4):35-37.