精密滾珠絲杠補償控制

 滾珠絲杠副是數(shù)控機床的關(guān)鍵部件，高精度精密滾珠絲杠副已被各國列為重點發(fā)展研究產(chǎn)品。如何提高滾珠絲杠的加工精度，尤其是螺距加工精度。由于微型計算機、自動檢測技術(shù)、智能控制技術(shù)等的飛速發(fā)展，應(yīng)用高新技術(shù)進一步提高精密絲杠的加工精度具有重要意義。

 滾珠絲杠副作為一種高效、精密的傳動部件，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床和各種自動化設(shè)備中。機床、加工中心、精密機床、精密測量儀器、現(xiàn)代武器裝備和核反應(yīng)堆，以及各種自動控制驅(qū)動系統(tǒng)。

 誤差補償是一種獲得高精度加工的低成本技術(shù)，同時也是一項高科技密集型技術(shù)。傳統(tǒng)上，單純通過提高機床本身的精度來保證越來越精密的零件的加工精度是非常困難的。誤差補償是一種經(jīng)濟、合理、可行的方式，已在機械制造行業(yè)應(yīng)用了數(shù)十年。

 精密長滾珠絲杠的磨削控制，由于是復(fù)雜的非線性時變系統(tǒng)，工件的螺距誤差受傳動鏈誤差、熱變形誤差、力變形誤差、砂輪等多種因素影響磨損和振動。建立一個準(zhǔn)確的影響其影響的數(shù)學(xué)模型是非常困難的。就算能成立，解決起來也很復(fù)雜。因此，傳統(tǒng)的通過磨削機械校正尺來補償加工誤差的方法已不能滿足高精度絲杠磨削的需要。這迫使我們將復(fù)雜制造過程（如絲杠磨削）的計算機輔助控制理論和策略提升到一個新的水平——非線性誤差的計算機實時控制階段。

 補償方法的應(yīng)用與誤差測量、反饋校正算法和誤差校正裝置有關(guān)。在常用的線性位移檢測方法中，激光位移測量方法是最準(zhǔn)確的方法之一，但其檢測精度受環(huán)境變化影響較大，且價格昂貴。螺紋磨床經(jīng)過改造，系統(tǒng)主要由以下三部分組成：

1、測量部分。這部分主要包括：1）由圓形光柵和長光柵組成的傳輸誤差測量系統(tǒng)；2）由電測微計組成的實時熱變形誤差測量系統(tǒng)；3）有溫度測量電路。

2、控制部分。用于控制的微控制器核心組成：1）誤差測量與計數(shù)、存儲電路；2）A/D轉(zhuǎn)換、補償控制量計算；3）步進電機控制；4）錯誤輸出顯示、打印等功能部件。

3、控制部分。這部分主要包括由步進電機及其驅(qū)動系統(tǒng)、滾珠絲杠螺母副和補償擺桿組成的機械校正系統(tǒng)。

系統(tǒng)工作原理：圓光柵和長光柵的輸出信號經(jīng)過放大整形后，輸入控制系統(tǒng)的細(xì)分計數(shù)測量電路，測量機床的傳動誤差。即時的感應(yīng)式測量頭通過測量尾座尖端的位移來預(yù)測工件的熱變形誤差。根據(jù)誤差補償控制方法計算出的控制量輸入步進電機驅(qū)動系統(tǒng)，控制步進電機的轉(zhuǎn)動，通過機械校正機構(gòu)使螺紋磨床的內(nèi)螺紋螺母輕微轉(zhuǎn)動，使工作臺產(chǎn)生附加位移，從而上實現(xiàn)螺距誤差的補償和校正。

 克服了傳統(tǒng)的僅僅將電感測微儀作為傳感器來使用而由微機系統(tǒng)對其采樣來采取位移變化使系統(tǒng)復(fù)雜性增加的缺點，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了測量精度。儀器自動采樣，并根據(jù)不同的測量要求編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件。除數(shù)顯外，還可以通過串口或模擬輸出將測量結(jié)果傳送到上位機。使測量更加靈活方便。由于控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，這里只分析其他主要功能模塊和最終誤差的PID控制算法。

 由于精密滾珠絲杠是各種機器和儀器的傳動和定位元件，有利于提高滾珠絲杠副的產(chǎn)品質(zhì)量和加工生產(chǎn)率，從而提高數(shù)控機床的加工精度，促進整個機械制造水平普遍提高。誤差補償控制系統(tǒng)可應(yīng)用于其他類型機械零件（如齒輪、蝸輪等）的加工控制，為提高機械產(chǎn)品的精度提供了有效途徑。