摘 要：本文針對激光切割機上超精密運動平台定位精度達不到要求的現象，詳細分析了伺服係統、檢測係統、傳(chuan) 動係統、電氣係統對激光切割設備中超精密運動平台定位精度的影響，並找出了影響超精密運動平台定位精度的主要因素，提供了解決(jue) 方法，最後給出了實驗結果。 

數控設備中，定位精度定義(yi) 為(wei) 各運動軸在控製係統的控製下能達到目標設定位置的精確度，它反映了數控設備各運動軸在行程內(nei) 的定位穩定性[1]。在激光切割設備中，運動平台的定位精度直接影響激光切割設備的切割精度，本文針對一台FA係列激光切割機上超精密運動平台定位精度達不到要求的現象，詳細分析了伺服係統、檢測係統、傳(chuan) 動係統、電氣係統等主要因素對超精密運動平台定位精度的影響，並找出了影響超精密運動平台定位精度的主要因素，提供了解決(jue) 方法，最後給出了實驗結果。 
 

1．影響超精密運動平台定位精度的因素分析

1.1 伺服係統對運動平台定位精度的影響

伺服控製係統的控製精度對運動平台影響巨大，在伺服控製係統控製精度達到運動平台控製精度的前提下，伺服控製係統對運動平台定位精度的影響主要表現在伺服係統的參數設定方麵[2]。其中主要包括位置環增益，速度換增益和加減速等參數的設置。

伺服係統的位置環增益主要影響驅動電機的跟隨誤差，位置環增益不能設置的過高，也不能設置的過低。如果位置環增益設置過高的話，會(hui) 使機台出現震動現象，如果位置環增益設置太低，會(hui) 使係統的跟隨能力大大降低，從(cong) 而影響定位精度，而且，位置環與(yu) 速度環是相互影響的。 

伺服係統的速度環增益主要控製電機的運轉速度，合理的速度環增益可以起到消除穩態誤差的作用。但是，速度環增益如果設置過高，會(hui) 使機器出現震蕩現象；如果速度環增益設置過低又會(hui) 使電機出現爬行現象。從(cong) 而影響平台的定位精度。 

伺服電機的加減速曲線設置直接關(guan) 係到運動控製平台的定位精度，合理的加減速曲線設定可以在保證運動平台運行穩定的前提下提高運動平台的定位精度。如果加減速度設置的過大，機台的定位精度提高，但是運動平台啟停時會(hui) 出現抖動的現象。如果加減速度設置過低，運動平台運啟停時比較平穩，但是定位精度會(hui) 下降。 
 

1.2 檢測係統對運動平台定位精度的影響

數控設備的檢測係統通常由光柵尺、編碼器、感應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台運動機構的運動位置並且將檢測值反饋給控製器或相關(guan) 伺服電機。 

檢測元件對運動平台定位精度的影響主要表現在以下三個(ge) 方麵：

1、當檢測元件的安裝位置在使用中出現聯接鬆動時，這時候檢測元件檢測的位置信號會(hui) 出現異常，從(cong) 而影響位置控製精度。

2、當檢測元件受到灰塵、油汙汙染時，會(hui) 導致檢測到的位置信號丟(diu) 失，從(cong) 而影響位置控製精度。

3、當檢測元件本身的工作穩定性不好時，其檢測的數據也將不穩定，從(cong) 而影響定位精確度。
 

1.3 傳(chuan) 動係統對運動平台定位精度的影響。

傳(chuan) 動係統的傳(chuan) 動精度直接影響運動平台定位係統的精度。當傳(chuan) 動機構采用滾珠絲(si) 杆機構時，滾珠絲(si) 杆的製造精度，靈敏性和穩定性將影響傳(chuan) 動機構的傳(chuan) 動精度[3]。其對運動平台定位精度的影響主要表現在：

1、當滾珠絲(si) 杆的製造精度達不到要求時，傳(chuan) 動係統的傳(chuan) 動精度將達不到係統要求，從(cong) 而影響運動平台的定位精度。

2、當滾珠絲(si) 杆支撐軸的壓覆壓合不良、滾珠絲(si) 杆支撐軸破損、驅動電機與(yu) 滾珠絲(si) 杆聯軸器鬆動、滾珠絲(si) 杆潤滑不良、滾珠絲(si) 杆螺母副滾珠有破損時都將直接影響滾珠絲(si) 杆的傳(chuan) 動精度，進而影響運動平台的定位精度。

當傳(chuan) 動機構采用直線電機時，導軌的直線度將直接影響傳(chuan) 動機構的傳(chuan) 動精度。運動平台由於(yu) 長時間的運行，會(hui) 導致數控設備的各係統部件產(chan) 生應力變形，這將改變運動平台的導軌幾何精度[4]。當導軌的水平度和平行度發生變形時，會(hui) 加大運動平台上導軌與(yu) 滑體(ti) 之間的接觸力和摩擦力，這必然會(hui) 導致運動平台上滑體(ti) 和導軌之間的各個(ge) 配合麵出現不均勻的間隙，從(cong) 而導致運動平台導軌直線度降低，進而降低運動平台的定位精度。

1.4 電氣係統對運動平台定位精度的影響

電氣係統對運動平台定位精度的影響主要表現在電壓波動對伺服係統，檢測係統的幹擾方麵。電壓的波動可能使伺服電機、檢測元件等受到幹擾，從(cong) 而導致指令不正常，檢測數據不正常，信號丟(diu) 失等現象。進而影響運動平台的定位精度。 
 

1.5 其它因素對運動平台定位精度的影響

除了上述主要因素對運動平台的定位精度有影響外，其他因素也有可能影響運動平台的定位精度，比如伺服係統過熱；車間粉塵進入伺服係統、檢測裝置內(nei) 使控製精度下降；潤滑係統清洗不及時，潤滑油、潤滑脂添加或更換不及時，導致係統潤滑狀態不良等。

2．提高超精密運動平台定位精度的具體(ti) 方法

通過仔細檢查發現主要是伺服係統的控製精度影響了超精密運動平台的定位精度。在原先的伺服係統中，位置環增益和速度環增益設置值過高，超精密運動平台在運行時有時會(hui) 出現超程現象，而且原先的加減速曲線為(wei) “梯形曲線”，在運動平台啟停時有時會(hui) 出現速度突變等現象，這幾種原因導致了超精密運動平台的定位精度達不到生產(chan) 要求，針對該現象我們(men) 經過大量實驗最終確定了合適的伺服係統位置環增益和速度環增益，並且將加減速曲線設定為(wei) “S型曲線”。

2.1實驗測試。

利用激光幹涉儀(yi) 對超精密運動平台定位精度誤差進行檢測，可精密測量出平台的實際位置與(yu) 規劃位置的誤差，通過數據可以很直觀的看出平台的定位精度的高低，激光幹涉儀(yi) 如圖1所示。

圖1 激光幹涉儀(yi)

采取改善措施後對超精密運動平台的定位精度進行測試，測試結果如圖2所示

圖2 改善後超精密運動平台定位精度曲線

平台改善前，平台定位精度如圖3所示。

圖3 改善前超精密運動平台定位精度曲線 

由圖2和圖3可知，將伺服係統的位置環增益和速度環增益合理設置後，將加減速曲線設定為(wei) “S型曲線”，可以極大提高超精密運動平台的定位精度，平台的定位精度在-0.8µm～0.4µm，與(yu) 原先平台的定位精度（-2µm～12µm）相比有了很大提高。

3  結束語

作為(wei) 超精密運動平台的主要技術指標，定位精度直接影響激光切割設備切割產(chan) 品的輪廓精度及切割精度。本文詳細分析了影響超精密線性運動平台定位精度的主要因素，為(wei) 改善運動平台定位精度提供了解決(jue) 方向，對提高數控設備定位精度具有一定的參考價(jia) 值。 

參考文獻：

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

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

[3] 田軍(jun) 委,王建華,李平,徐萍.超精密驅動機構比較[J]. 西安工業(ye) 學院學報,2002,(1): 62-66.

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