[發明專利]基于主軸回轉誤差的控制系統

無效

• 申請號: 201510028141.9
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104551813A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 李樹森;陳素平;元月
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: B23Q5/10
• 分類號: B23Q5/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張利明

技術領域

本發明涉及一種主軸回轉誤差的控制系統。

背景技術

數控機床和加工中心作為制造業的關鍵設備，隨著工業的發展和科學技術的不斷進步，對數控車床的加工精度要求也越來越高。主軸作為數控車床的“心臟”，其工作精度更是受到人們的關注，例如：1kg重的陀螺轉子，如果其質心偏離其對稱軸線0.5nm，則在射程上會引起100m的誤差和50m左右的偏離軌道的誤差。由此可以看出主軸的精度對工件起著至關重要的作用。目前的數控車床雖然具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優點，能夠在一定的程度上滿足人們加工高精度工件的要求，但如果在此基礎上需要進一步提高其加工精度，達到超精密加工的要求，成本較高、難度較大。

目前，關于精密軸系的原理、結構、性能、測試以及控制方法的研究受到了國內外學者的普遍重視與關注。如何滿足不斷增長的高精度要求，經濟合理、技術可行地找到解決的方案，已成為當今急需解決的問題。

發明內容

本發明是為了解決現有數控機床的主軸工作時回轉誤差大，導致的主軸回轉精度低的問題，本發明提供了一種基于主軸回轉誤差的控制系統。

基于主軸回轉誤差的控制系統，它包括動力系統、高壓供氣系統、主軸系統和控制系統；

動力系統包括伺服電機和主軸；

高壓供氣系統包括閥門、過濾器、通氣口和高壓氣源；

主軸系統包括1號磁軸承、雙向氣體止推軸承、2號磁軸承、1號氣體軸承、2號氣體軸承、1號位移傳感器、2號位移傳感器、3號位移傳感器、4號位移傳感器、5號位移傳感器、6號位移傳感器和光電編碼器；

控制系統包括濾波器、DSP、D/A轉換器、功率放大器和PC機；

伺服電機通過皮帶輪帶動主軸轉動，光電編碼器用于檢測主軸在旋轉過程中的偏轉角度，

1號位移傳感器、5號位移傳感器和6號位移傳感器分別用于檢測主軸一端沿三個方向的徑向位移，其中，1號位移傳感器、5號位移傳感器和6號位移傳感器位于同一平面內，且所述平面垂直于主軸，所述1號位移傳感器、5號位移傳感器和6號位移傳感器均位于以主軸為中心的同一個圓周上，

1號位移傳感器、5號位移傳感器和6號位移傳感器位于2號氣體軸承的左側，

2號位移傳感器、3號位移傳感器和4號位移傳感器分別用于檢測主軸的另一端沿三個方向的徑向位移；

其中，2號位移傳感器、3號位移傳感器和4號位移傳感器位于同一平面內，且所述平面垂直于主軸，2號位移傳感器、3號位移傳感器和4號位移傳感器均位于以主軸為中心的同一個圓周上，

2號位移傳感器、3號位移傳感器和4號位移傳感器位于1號氣體軸承的右側，

1號磁軸承、雙向氣體止推軸承、2號磁軸承、1號氣體軸承和2號氣體軸承均嵌在主軸外，雙向氣體止推軸承位于主軸的中間，

1號磁軸承和2號磁軸承以雙向氣體止推軸承為鏡面呈鏡像對稱設置，2號氣體軸承和1號氣體軸承以雙向氣體止推軸承為鏡面呈鏡像對稱設置，1號磁軸承位于2號氣體軸承和雙向氣體止推軸承之間，

高壓氣源輸出的氣體依次經通氣口、過濾器、閥門后，同時送至1號氣體軸承和2號氣體軸承，濾波器用于將采集的1號位移傳感器、2號位移傳感器、3號位移傳感器、4號位移傳感器、5號位移傳感器和6號位移傳感器輸出的位移信號，及光電編碼器輸出的偏轉角度進行數字濾波后送至DSP，

DSP用于對接收的信號進行處理，獲得控制信號，并將該控制信號經D/A轉換器和功率放大器處理后，對1號磁軸承和2號磁軸承進行控制，

PC機用于通過串行通信方式與DSP進行數據交換。

所述的DSP采用TMS320LF2407A實現。

所述的DSP包括A/D轉換模塊、減法器、微分模塊、Fuzzy自調整模塊、PID控制模塊；

所述的A/D轉換模塊信號輸入端與濾波器的信號輸出端連接，A/D轉換模塊的信號輸出端與減法器的減數信號輸入端連接，減法器的數據信號輸出端同時與微分模塊的信號輸入端和PID控制模塊的1號數據信號輸入端連接，微分模塊的信號輸出端與Fuzzy自調整模塊的信號輸入端連接，Fuzzy自調整模塊的信號輸出端與PID控制模塊的2號數據信號輸入端連接，PID控制模塊的信號輸出端作為DSP的信號輸出端，Fuzzy自調整模塊的信號輸入輸出端與PC機的信號輸入輸出端連接。

所述的Fuzzy自調整模塊包括Fuzzy推理模塊和參數修正模塊；

所述的Fuzzy推理模塊的信號輸入端作為Fuzzy自調整模塊的信號輸入端，