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图4. 基于加速度传感器估算TCP速度可行性验证结果

如实验所得结果图4所示，采用加速度传感器贝叶斯估算和融合算法估算得出的TCP速度值能够较为准确的反应机床TCP的实际运动速度。

3. 采用加速度传感器进行数控机床的振动控制

目前，绝大多数通用数控系统中不包含有效的振动控制功能。Orchestra开放式控制系统平台能够通过PC接口与通用数控系统进行通讯，将DAS加速度传感器测量得到的机床振动信息进行处理和补偿，传送给数控系统进行振动的控制。其中，Orchestra平台具备各类接口，能够完成不同硬件和传感器的通讯工作，如与DAS、电机旋转编码器、通用数控系统的接口等。

图5. 数控机床振动控制原理框图

基于图5的配置，针对框架式龙门加工机床进行振动控制系统的验证。此时，DAS安装在刀具中心点附近，如图6。为验证振动控制方案的有效性，按照如下步骤进行矩形钣金件的加工：

1) 标准测试，不采用振动控制方案：基于加速度4 m/s^2，加加速度50 m/s^3，加工精度要求为±30 µm
2) 高动态测试，不采用振动控制方案：基于加速度7 m/s^2，加加速度125 m/s^3，加工精度要求为±30 µm
3) 高动态测试，采用振动控制方案：基于加速度7 m/s^2，加加速度125 m/s^3，加工精度要求为±30 µm

图6. DAS加速度传感器安装于TCP附近

根据设定条件下分别进行三个实验，使用激光跟踪仪对加工轨迹进行实时采集，可得到如图7的实验结果。

图7. 不同机床参数条件下机床运动位移和时间的关系

4. 结论

从图7的实验结果中可以得出如下结论：

1) 提高机床的加速度、加加速度等动态性能，会增加机床的振动甚至影响加工精度。

2) 采用基于加速度传感器的振动控制方案，能够在提高机床动态性能的基础上(加速度增加50%，加加速度增加150%)，提高机床的加工效率达15%，在提高表面质量的同时不降低加工精度。

最终，通过采集加速度传感器的测量信息并在Orchestra控制系统平台下开发的振动控制方案能够在不降低加工精度的前提下，提升数控机床的加工效率和表面质量。同时，振动控制方案也可以应用于各种工业机器人，改善其在高速运动下的动态特性。(end)

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关键词： 数控机床 振动测量 控制技术