在进行精密车削时，经常会发现表面不够光滑，出现明显的“刀纹”，需要使用细砂纸或油石进行后处理才能达到理想的外观。本文介绍了通过采用锐鹰传感更高精度的编码器替换方案，解决了刀纹优化的难题，明显改善了加工件的表面平整度。

　　文/浙江锐鹰传感技术股份有限公司

　　1 “刀纹”成为车床加工效率和精度的“绊脚石”

　　车床是金属切削机床中最主要的一种，在一般的机器制造工厂中以车床为主数量最多，也称之为工业“母机”，是国家发展基石，它的质量与性能决定了一个国家的整体制造实力与发展水平。

　　加工精度和生产效率是车床行业的重要竞争因素。然而在实际操作中，数控车床的加工精度受到很多因素的影响，根据以往的研究，车床本身误差所占比例约为45%到65%。

　　特别是在进行精密车削时，经常会发现表面不够光滑，出现明显的“刀纹”，需要使用细砂纸或油石进行后处理才能达到理想的外观。

　　在对精度有较高要求的电镀件加工中，必须格外小心，以免因处理不当而导致废品产生，大大影响到车床加工的效率和品质。

　　2 “刀纹”产生的重要原因

　　机床伺服进给控制系统是机床加工中的核心控制系统，由控制器、编码器、驱动器等组成。

　　其基本原理是通过编码器的反馈信号，控制器能实时监测和控制机床的位置、速度和加速度等参数，从而实现对机床的高精度控制(图1)。

　　图1 伺服进给系统的构成

　　在半闭环的方式中，当伺服电机控制丝杠做反方向运转的时候，会出现空隙的空运转现象，这会造成反向间隙误差。再有，在外力作用下，数控车床的传动机构和运动机构会产生弹性变形。这样就导致了加工部位与车床其他部位受力不均匀，从而造成了弹性间隙的发生。当编码器的分辨率较低时，进给系统的位置反馈信号更不稳定，存在的误差值则更大。

　　当编码器的误差曲线存在周期性误差时，进给系统的位置反馈信号会出现低频谐波，导致位置误差值不断跳动，机床在高速或低速移动时可能无法准确跟踪预设的路径，从而导致刀具与工件之间产生非预期的周期性振动。

　　这种振动在工件表面出现不规则的波纹状或振纹图案，即人们通常所说的“刀纹”(见图2)，严重影响到加工质量。因此，提高编码器精度是优化刀纹的关键所在。

　　图2 刀纹表面

　　3 锐鹰传感25bit光电绝对值编码器，优化“刀纹”

　　锐鹰传感采用国际领先的精度校正补偿算法，将原始信号导致的谐波分类降到最低，得到绝对定位精度≤±15角秒的一流水平。锐鹰传感25bit光电绝对值编码器，绝对定位精度达±15角秒，重复定位精度达±1角秒，大大提高了进给系统的定位精度，减少了加工过程中产生的累积误差，没有了周期性的位置误差跳动，头疼的“刀纹”也就不复存在。

　　图3 精度校正补偿算法

　　锐鹰传感产品推荐如下：

　　(1)SROA42系列25bit光电绝对值编码器

　　图4 SROA42系列25bit光电绝对值编码器

　　SROA42系列25bit光电绝对值编码器的主要特点如下，产品的规格参数见图4：

　　• 进给轴25位高精度算法，低速稳，刚性强，大进给量切削抗扰动，光洁度佳;

　　• 一体结构，安装方便;

　　• 直轴锥轴，选择多样;

　　• 精准定位，满足需求。

　　图5 SROA42系列规格参数

　　(2)SROA48系列机械多圈绝对值编码器

　　图6 SROA48系列机械多圈绝对值编码器

　　SROA48系列机械多圈绝对值编码器的主要特点如下，产品的规格参数见图6：

　　• 性能同25位电子多圈一致，进给轴无需电池盒，避免因电池盒亏电防护损坏等位置丢失机床调刀，永不丢零，免维护少故障点;

　　• 机械多圈技术，无需电池维护;

　　• 光学25bit，高刚性、高响应、高定位精度;

　　• 兼容标准锥轴结构，高度保持29mm;

　　• 重复定位精度达±1角秒，绝对定位精度达±15角秒。

　　图7 SROA48系列规格参数

　　4 应用案例

　　该项目为某大型车床加工企业提供更高精度的编码器替换方案，明显地改善了加工件的表面平整度。

　　图8 生产现场图

　　(1)客户“痛点”

　　图9 原加工件表面工艺

　　车床加工器件表面不平整，有明显的“刀纹”，严重影响加工效率和产品品质(图9)。

　　经排查，车床伺服进给控制系统中安装的编码器精度较低，无法提供足够精细的位置反馈，导致车床运动控制不准确(图10)，进而产生“刀纹”。

　　图10 原编码器速度波动

　　(2)锐鹰方案

　　锐鹰传感为客户提供了25bit高精度的SROA48系列机械多圈绝对值编码器方案，产品高刚性，高响应，高定位精度，实现了更小的位置误差和更精确的加工路径(图11)，大大提高了加工精度。

　　图11 锐鹰SROA48系列编码器速度波动

　　同时，SROA48系列采用机械多圈技术，无需电池维护，减少加工环境变动，有效地减少了环境带来的杂散误差，进一步提高了加工质量(见图12)。

图12 改善后的表面