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象，詳細分析了伺服系統、檢測系統、傳動系統、電氣系統對激光切割設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，最后給出了實驗結果。 

數控設備中，定位精度定義為各運動軸在控制系統的控制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的定位穩定性[1]。在激光切割設備中，運動平臺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象，詳細分析了伺服系統、檢測系統、傳動系統、電氣系統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 伺服系統對運動平臺定位精度的影響

伺服控制系統的控制精度對運動平臺影響巨大，在伺服控制系統控制精度達到運動平臺控制精度的前提下，伺服控制系統對運動平臺定位精度的影響主要表現在伺服系統的參數設定方面[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。

伺服系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，會使機臺出現震動現象，如果位置環增益設置太低，會使系統的跟隨能力大大降低，從而影響定位精度，而且，位置環與速度環是相互影響的。 

伺服系統的速度環增益主要控制電機的運轉速度，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，會使機器出現震蕩現象；如果速度環增益設置過低又會使電機出現爬行現象。從而影響平臺的定位精度。 

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

1.2 檢測系統對運動平臺定位精度的影響

數控設備的檢測系統通常由光柵尺、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臺運動機構的運動位置并且將檢測值反饋給控制器或相關伺服電機。 

檢測元件對運動平臺定位精度的影響主要表現在以下三個方面：

1、當檢測元件的安裝位置在使用中出現聯接松動時，這時候檢測元件檢測的位置信號會出現異常，從而影響位置控制精度。

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

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，從而影響定位精確度。
 

1.3 傳動系統對運動平臺定位精度的影響。

傳動系統的傳動精度直接影響運動平臺定位系統的精度。當傳動機構采用滾珠絲桿機構時，滾珠絲桿的制造精度，靈敏性和穩定性將影響傳動機構的傳動精度[3]。其對運動平臺定位精度的影響主要表現在：

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

2、當滾珠絲桿支撐軸的壓覆壓合不良、滾珠絲桿支撐軸破損、驅動電機與滾珠絲桿聯軸器松動、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。

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

1.4 電氣系統對運動平臺定位精度的影響

電氣系統對運動平臺定位精度的影響主要表現在電壓波動對伺服系統，檢測系統的干擾方面。電壓的波動可能使伺服電機、檢測元件等受到干擾，從而導致指令不正常，檢測數據不正常，信號丟失等現象。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，比如伺服系統過熱；車間粉塵進入伺服系統、檢測裝置內使控制精度下降；潤滑系統清洗不及時，潤滑油、潤滑脂添加或更換不及時，導致系統潤滑狀態不良等。

2．提高超精密運動平臺定位精度的具體方法

通過仔細檢查發現主要是伺服系統的控制精度影響了超精密運動平臺的定位精度。在原先的伺服系統中，位置環增益和速度環增益設置值過高，超精密運動平臺在運行時有時會出現超程現象，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速度突變等現象，這幾種原因導致了超精密運動平臺的定位精度達不到生產要求，針對該現象我們經過大量實驗最終確定了合適的伺服系統位置環增益和速度環增益，并且將加減速曲線設定為“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劃位置的誤差，通過數據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，將伺服系統的位置環增益和速度環增益合理設置后，將加減速曲線設定為“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  結束語

作為超精密運動平臺的主要技術指標，定位精度直接影響激光切割設備切割產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，對提高數控設備定位精度具有一定的參考價值。 

參考文獻：

[1] 劉靜，劉浩. 數控機床定位精度的綜合分析[J]. 中小企業管理與科技， 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] 田軍委,王建華,李平,徐萍.超精密驅動機構比較[J]. 西安工業學院學報,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.