[發(fā)明專利]精密數(shù)控機(jī)床閉環(huán)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)誤差校正裝置及方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010134778.3
• 申請(qǐng)日: 2010-03-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101844317A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苗恩銘;王鑫;顏炎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q23/00
• 分類號(hào): B23Q23/00;G05B19/404
• 代理公司: 安徽合肥華信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)誤差校正領(lǐng)域，具體涉及一種精密數(shù)控機(jī)床閉環(huán)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)誤差校正裝置及方法。

背景技術(shù)

全閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要由位置速度比較環(huán)節(jié)、伺服驅(qū)動(dòng)放大器，進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和直線位移測(cè)量裝置組成；對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的移動(dòng)量具有檢測(cè)與反饋修正功能，采用直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件。采用直接安裝在工作臺(tái)的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測(cè)器件，來(lái)構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)位置檢測(cè)與反饋，由數(shù)控系統(tǒng)比較環(huán)節(jié)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行位置與速度調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)高精度的位置與速度控制。系統(tǒng)的直線位移檢測(cè)器安裝在移動(dòng)部件上，其精度主要取決于位移檢測(cè)裝置的精度和靈敏度，精度比較高。

機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)螺母前后運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)與螺母緊固聯(lián)結(jié)，故螺母在運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)位置、速度的控制及補(bǔ)償都由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但機(jī)械傳動(dòng)裝置的剛度、摩擦阻尼特性、反向間隙等各種非線性因素，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性有很大影響，使閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)安裝調(diào)試比較復(fù)雜，因此只是用在高精度和大型數(shù)控機(jī)床上。

即使安裝調(diào)試仔細(xì)，這種補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，在使用了一段時(shí)間后，仍會(huì)由于絲杠細(xì)長(zhǎng)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，反復(fù)快速多次小角度旋轉(zhuǎn)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，導(dǎo)致絲杠磨損加劇，引起兩端轉(zhuǎn)動(dòng)副剛性下降，間隙變大，引起絲杠自身的竄動(dòng)，使得全閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行誤差補(bǔ)償時(shí)，會(huì)通過(guò)絲杠螺母帶動(dòng)工作臺(tái)竄動(dòng)，導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)誤差補(bǔ)償起反作用，竄動(dòng)加劇，進(jìn)一步加快了絲杠振動(dòng)、磨損，無(wú)法保持精度，嚴(yán)重時(shí)必須更換絲杠，降低了絲杠可靠性，減少了絲杠使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種精密數(shù)控機(jī)床閉環(huán)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)誤差校正裝置及方法，以減小絲杠反復(fù)快速多次小角度旋轉(zhuǎn)造成的磨損加劇現(xiàn)象，將絲杠作為單一的驅(qū)動(dòng)件，提高絲杠的可靠性及使用壽命；并單獨(dú)設(shè)置位置、速度補(bǔ)償裝置，來(lái)提高系統(tǒng)補(bǔ)償精度。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種精密數(shù)控機(jī)床閉環(huán)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)誤差校正裝置，由機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閉環(huán)控制系統(tǒng)組成，所述的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括有沿導(dǎo)軌前后滑動(dòng)的數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)，所述數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的底端安裝有前、后支架，前、后支架的底部分別安裝有四點(diǎn)接觸球軸承，有絲杠穿過(guò)四點(diǎn)接觸球軸承軸孔并伸出，且絲杠與四點(diǎn)接觸球軸承軸孔之間為轉(zhuǎn)動(dòng)配合，位于前、后支架之間的絲杠上安裝有絲杠螺母，且絲杠螺母與所述的四點(diǎn)接觸球軸承之間有間隙，所述絲杠與絲杠螺母之間為螺紋配合，所述絲杠螺母的外表面安裝有精密齒輪；還包括有主伺服電機(jī)，所述的主伺服電機(jī)與所述的絲杠傳動(dòng)連接；所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)包括有位置控制調(diào)節(jié)器、速度控制與驅(qū)動(dòng)器、位置檢測(cè)與反饋單元以及光柵信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)；數(shù)控機(jī)床依次通過(guò)位置控制調(diào)節(jié)器、速度控制與驅(qū)動(dòng)器與主伺服電機(jī)電氣連接；其特征在于：所述機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)還包括有豎直連接板，所述豎直連接板固定安裝于位于所述四點(diǎn)接觸球軸承前方的數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的底部，所述豎直連接板的下端固定安裝有輔助伺服電機(jī)，所述的輔助伺服電機(jī)的輸出軸上套裝有諧波齒輪，所述諧波齒輪與所述的精密齒輪相嚙合；所述閉環(huán)控制系統(tǒng)還包括有位置補(bǔ)償器和速度補(bǔ)償器，數(shù)控機(jī)床依次通過(guò)位置控制調(diào)節(jié)器、位置補(bǔ)償器和速度補(bǔ)償器與輔助伺服電機(jī)電氣連接，所述位置檢測(cè)與反饋單元分別與主伺服電機(jī)、光柵信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、位置補(bǔ)償器和速度補(bǔ)償器電氣連接。

一種精密數(shù)控機(jī)床閉環(huán)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)誤差校正方法，其特征在于：其方法具體包括以下步驟：

(1)、數(shù)控機(jī)床發(fā)出位置、速度控制指令，依次通過(guò)位置控制調(diào)節(jié)器、速度控制與驅(qū)動(dòng)器處理后輸送給主伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)主伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)從而驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)沿導(dǎo)軌前后運(yùn)動(dòng)；數(shù)控機(jī)床同時(shí)通過(guò)位置控制調(diào)節(jié)器將位置、速度控制指令分別輸送給位置補(bǔ)償器和速度補(bǔ)償器，以便進(jìn)行補(bǔ)償值運(yùn)算；

(2)、檢測(cè)與反饋單元接收主伺服電機(jī)發(fā)送的脈沖編碼器速度信號(hào)以及由光柵信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)反饋過(guò)來(lái)的光柵信號(hào)，即接收數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)實(shí)際位置及速度的反饋信號(hào)，輸送至位置補(bǔ)償單元及速度補(bǔ)償單元，并與數(shù)控機(jī)床發(fā)出的位置、速度指令值進(jìn)行比較，計(jì)算出位置、速度補(bǔ)償量，然后通過(guò)位置、速度補(bǔ)償器對(duì)輔助伺服電機(jī)發(fā)出位置、速度補(bǔ)償量命令并驅(qū)動(dòng)輔助伺服電機(jī)工作；

(3)、輔助伺服電機(jī)通過(guò)諧波齒輪帶動(dòng)絲杠螺母進(jìn)行相應(yīng)角度和速度的旋轉(zhuǎn)，從而改變絲杠實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度和速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)做出相應(yīng)位置和速度的調(diào)整，也就是對(duì)數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)給予位置、速度的誤差補(bǔ)償，從而提高數(shù)控機(jī)床的精度。

本發(fā)明的有益效果：