CN103064345A - 一种基于电子齿轮的双轴同步控制方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电子齿轮的双轴同步控制方法及其系统，主要包括机械支撑单元、走行单元、伺服驱动单元、控制器。其中，机械支撑单元包括框架和龙门架；走行单元包括直线齿条、承重轮、导向轮；伺服驱动单元包括伺服电机及其驱动器、减速器、驱动齿轮。本发明可以保证两个电机严格同步运动，从而实现大跨距龙门架的平稳直线运动。
Description
技术领域
本发明属于在大型龙门式和桥式数控设备中，采用电子齿轮的方式驱动双边电机严格同步的技术，特别是一种基于电子齿轮的双轴同步控制系统及其方法。
背景技术
随着数控技术的推广，大型数控设备被广泛的应用到各种机械加工领域，以满足一些体积大、精度高、生产周期要求短的工件加工需求，对于这些大型龙门式和桥式数控设备，经常会有双轴或多轴严格同步的需求，实现此同步，虽然可以采用单电机通过锥齿轮等机械机构驱动双边的方案，但是由于这些设备一般跨度较大，所设计的传动机构复杂，间隙较大，容易造成闭环控制系统的不稳定，而且运行噪声大，维护困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电子齿轮的双轴同步控制方法及其系统，实现双边电机严格同步。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于电子齿轮的双轴同步控制方法及其系统，将两个反方向运转的驱动轴，一个设定为主动轴，另一个设定为从动轴，由一个伺服驱动器、一个伺服电机、一个位置反馈装置及控制器位置控制单元组成主动轴伺服运动控制回路，同时由另一个伺服驱动器、另一个伺服电动机、另一个位置反馈装置及控制器位置控制单元组成从动轴伺服运动控制回路，总控制器的位置控制单元同时向主动轴及从动轴的伺服控制回路发出位置伺服运动指令，两个位置反馈装置的反馈信号除了送回各自的伺服驱动器比较环，还送入总控制器内部的一个数字比较器进行差值比较，该差值送入从动轴伺服控制回路的输入端，与总控制器的位置控制单元发来的位置伺服指令进行比较，两个位置反馈装置的反馈信号差值就是主动轴与从动轴的同步误差，差值为零时，表明两个轴的位置完全同步。
本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）摒弃了传统直连的连接方式，可以方便实现双轴转动严格同步，简化了机械结构，实现了双边电机精确、平稳传动。（2）运行平稳、低噪音、高可靠性，为龙门机械手的性能发挥提供了有力保障。（3）简化了机械结构设计，提高了系统定位精度，减少了故障发生的概率，降低了系统成本。（4）电机的位置反馈系统可以记录各个时刻电机所在的实际位置信息，因此程序中可以加入软限位功能，提高了系统的安全性能。（5）系统柔性好，只需要修改程序，即可改变电机的速度、加速度值。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是基于电子齿轮的双轴同步控制系统的俯视图。
图2是基于电子齿轮的双轴同步控制系统的局部侧视图。
图3是基于电子齿轮的双轴同步控制系统的策略流程图。
具体实施方式
结合图1和图3，本发明基于电子齿轮的双轴同步控制方法，将两个反方向运转的驱动轴，一个设定为主动轴，另一个设定为从动轴，由一个伺服驱动器、一个伺服电机、一个位置反馈装置及控制器位置控制单元组成主动轴伺服运动控制回路，同时由另一个伺服驱动器、另一个伺服电动机、另一个位置反馈装置及控制器位置控制单元组成从动轴伺服运动控制回路，总控制器的位置控制单元同时向主动轴及从动轴的伺服控制回路发出位置伺服运动指令，两个位置反馈装置的反馈信号除了送回各自的伺服驱动器比较环，还送入总控制器内部的一个数字比较器进行差值比较，该差值送入从动轴伺服控制回路的输入端，与总控制器的位置控制单元发来的位置伺服指令进行比较，两个位置反馈装置的反馈信号差值就是主动轴与从动轴的同步误差，差值为零时，表明两个轴的位置完全同步。
结合图1和图2，实现上述方法的基于电子齿轮的双轴同步控制系统，包括机械支撑单元、走行单元、伺服驱动单元、控制器，其中机械支撑单元包括第一、二、三、四框架KJ101、KJ102、KJ103、KJ104和第一、二龙门架LM01、LM02，第一、三、二、四框架KJ101、KJ103、KJ102、KJ104首尾相连构成四面框架，第一、二框架KJ101、KJ102平行，第三、四框架KJ103、KJ104平行，第一、二龙门架LM01、LM02分别设置在第一、二框架KJ101、KJ102上；
走行单元包括第一直线齿条CT101、第二直线齿条CT102、第一承重轮CZ101、第二承重轮CZ102、第三承重轮CZ103、第四承重轮CZ104、第五承重轮CZ201、第六承重轮CZ202、第七承重轮CZ203、第八承重轮CZ204（承重轮保证龙门架有较好的承载能力）、第一导向轮DX101、第二导向轮DX102、第三导向轮DX103、第四导向轮DX104、第五导向轮DX201、第六导向轮DX202、第七导向轮DX203、第八导向轮DX204（导向轮保证其在双轴同步失效的情况下，也不会过度偏移发生危险），第一直线齿条CT101设置在第一框架KJ101上，第二直线齿条CT102设置在第二框架KJ102上，第一框架KJ101上设有平直导轨，分别供第一承重轮CZ101、第二承重轮CZ102、第五承重轮CZ201、第六承重轮CZ202在其上面走行，第二框架KJ102上设有平直导轨，分别供第三承重轮CZ103、第四承重轮CZ104、第七承重轮CZ203、第八承重轮CZ204在其上面走行；同时，所述的第一框架KJ101上的平直导轨使第一导向轮DX101、第二导向轮DX102、第五导向轮DX201、第六导向轮DX202在其侧面走行；第二框架KJ102上的平直导轨使第三导向轮DX103、第四导向轮DX104、第七导向轮DX203、第八导向轮DX204在其侧面走行；
伺服驱动单元包括第一伺服电机SM101、第二伺服电机SM102、第三伺服电机SM103、第四伺服电机SM104（总控制器及各个电机的伺服驱动器统一安装在电控柜内，总控制器选用奥地利KEBA工业自动化公司的多轴运动控制器，伺服驱动器选用德国路斯特公司的伺服驱动器，通过屏蔽电缆与各自电机相连）、第一减速器JS101、第二减速器JS102、第三减速器JS103、第四减速器JS104、第一驱动齿轮QD101、第二驱动齿轮QD102、第三驱动齿轮QD201、第四驱动齿轮QD202，
第一伺服电机SM101上安装有第一减速器JS101，该第一减速器JS101的输出轴分别安装第一驱动齿轮QD101，该第一驱动齿轮QD101与第一直线齿条CT101啮合，第二伺服电机SM102上安装有第二减速器JS102，该第二减速器JS102的输出轴安装第二驱动齿轮QD102，该第二驱动齿轮QD201与第二直线齿条CT102啮合，第一减速器JS101、第一驱动齿轮QD101与第二减速器JS102、第二驱动齿轮QD102都安装在第一龙门架LM01两侧上，从而构成第一龙门架LM01的驱动部分，通过第一、二伺服电机SM101、SM102轴的同步转动实现第一龙门架LM01的水平移动。
第三伺服电机SM103上安装有第三减速器JS103，该第三减速器JS103的输出轴安装第三驱动齿轮QD201，该第三驱动齿轮QD201分别与第一直线齿条CT101啮合，第四伺服电机SM104上安装有第四减速器JS104，该第四减速器JS104的输出轴安装第四驱动齿轮QD202，该第四驱动齿轮QD202与第二直线齿条CT102啮合，第三减速器JS103、第三驱动齿轮QD201与第四减速器JS104、第四驱动齿轮QD202都安装在第二龙门架LM02两侧上，从而构成第二龙门架LM02的驱动部分，通过第三、四伺服电机SM103、SM104轴的同步转动实现第二龙门架LM02的水平移动。
第一龙门架LM01与第二龙门架LM02的同步实现过程相同，下面以第一龙门架LM01的实现过程加以说明。第一龙门控制过程如下：第一龙门架LM01上安装有第一伺服电机SM101及第二伺服电机SM102，SM101、SM102上分别安装减速器JS101、JS102。第一伺服电机SM101设定为主动轴，第二伺服电机SM102设定为从动轴，控制的目的是使从动轴伺服电机SM102与主动轴伺服电机SM101时刻保持转速相同。系统运行时，总控制器的位置控制单元同时向主动轴伺服控制器SR101及从动轴伺服控制器SR102发送位置伺服运动指令，伺服控制器SR101及SR102分别驱动电机SM101及SM102运转，电机轴内部安装有位置检测装置（光电编码器），两个位置反馈装置的反馈信号MS101、MS102除了送回各自的伺服驱动器SR101、SR102比较环，还送入控制器内部的一个数字比较器进行差值比较，比较的差值为零时，表示两轴完全同步，比较差值为正值时，表示主动轴电机转速较快，为负值时，表示从动轴电机转速较快。比较后的差值经控制器进行系数校正，然后该差值信号MS103送入从动轴伺服控制回路的输入端，与控制器位置控制单元发来的位置伺服指令MS001进行比较，比较后的指令输入到从动轴的伺服驱动器中，从而实现对从动轴输入指令进行校正，也保证了两轴电机转速同步。龙门架LM01和LM02使用两套相同的双轴同步控制系统，上述过程为第一龙门架LM01的同步过程，第二龙门架LM02的过程与此相同。
Claims (2)
1.一种基于电子齿轮的双轴同步控制方法，其特征在于将两个反方向运转的驱动轴，一个设定为主动轴，另一个设定为从动轴，由一个伺服驱动器、一个伺服电机、一个位置反馈装置及控制器位置控制单元组成主动轴伺服运动控制回路，同时由另一个伺服驱动器、另一个伺服电动机、另一个位置反馈装置及控制器位置控制单元组成从动轴伺服运动控制回路，总控制器的位置控制单元同时向主动轴及从动轴的伺服控制回路发出位置伺服运动指令，两个位置反馈装置的反馈信号除了送回各自的伺服驱动器比较环，还送入总控制器内部的一个数字比较器进行差值比较，该差值送入从动轴伺服控制回路的输入端，与总控制器的位置控制单元发来的位置伺服指令进行比较，两个位置反馈装置的反馈信号差值就是主动轴与从动轴的同步误差，差值为零时，表明两个轴的位置完全同步。
2.一种实现权利要求1所述的基于电子齿轮的双轴同步控制方法的系统，其特征在于包括机械支撑单元、走行单元、伺服驱动单元、总控制器，其中机械支撑单元包括第一、二、三、四框架（KJ101、KJ102、KJ103、KJ104）和第一、二龙门架（LM01、LM02），第一、三、二、四框架（KJ101、KJ103、KJ102、KJ104）首尾相连构成四面框架，第一、二框架（KJ101、KJ102）平行，第三、四框架（KJ103、KJ104）平行，第一、二龙门架（LM01、LM02）分别设置在第一、二框架（KJ101、KJ102）上；
走行单元包括第一直线齿条（CT101）、第二直线齿条（CT102）、第一承重轮（CZ101）、第二承重轮（CZ102）、第三承重轮（CZ103）、第四承重轮（CZ104）、第五承重轮（CZ201）、第六承重轮（CZ202）、第七承重轮（CZ203）、第八承重轮（CZ204）、第一导向轮（DX101）、第二导向轮（DX102）、第三导向轮（DX103）、第四导向轮（DX104）、第五导向轮（DX201）、第六导向轮（DX202）、第七导向轮（DX203）、第八导向轮（DX204），第一直线齿条（CT101）设置在第一框架（KJ101上），第二直线齿条（CT102）设置在第二框架（KJ102）上，第一框架（KJ101）上设有平直导轨，分别供第一承重轮（CZ101）、第二承重轮（CZ102）、第五承重轮（CZ201）、第六承重轮（CZ202）在其上面走行，第二框架（KJ102）上设有平直导轨，分别供第三承重轮（CZ103）、第四承重轮（CZ104）、第七承重轮（CZ203）、第八承重轮（CZ204）在其上面走行；同时，所述的第一框架（KJ101）上的平直导轨使第一导向轮（DX101）、第二导向轮（DX102）、第五导向轮（DX201）、第六导向轮（DX202）在其侧面走行；第二框架（KJ102）上的平直导轨使第三导向轮（DX103）、第四导向轮（DX104）、第七导向轮（DX203）、第八导向轮（DX204）在其侧面走行；
伺服驱动单元包括第一伺服电机（SM101）、第二伺服电机（SM102）、第三伺服电机（SM103）、第四伺服电机（SM104）、第一减速器（JS101）、第二减速器（JS102）、第三减速器（JS103）、第四减速器（JS104）、第一驱动齿轮（QD101）、第二驱动齿轮（QD102）、第三驱动齿轮（QD201）、第四驱动齿轮（QD202），总控制器及各个电机的伺服驱动器统一安装在电控柜内，通过屏蔽电缆与各自电机相连；第一伺服电机（SM101）上安装有第一减速器（JS101），该第一减速器（JS101）的输出轴分别安装第一驱动齿轮（QD101），该第一驱动齿轮（QD101）与第一直线齿条（CT101）啮合，第二伺服电机（SM102）上安装有第二减速器（JS102），该第二减速器（JS102）的输出轴安装第二驱动齿轮（QD102），该第二驱动齿轮（QD201）与第二直线齿条（CT102）啮合，第一减速器（JS101）、第一驱动齿轮（QD101）与第二减速器（JS102）、第二驱动齿轮（QD102）都安装在第一龙门架（LM01）两侧上，从而构成第一龙门架（LM01）的驱动部分，通过第一、二伺服电机（SM101、SM102）轴的同步转动实现第一龙门架（LM01）的水平移动；
第三伺服电机（SM103）上安装有第三减速器（JS103），该第三减速器（JS103）的输出轴安装第三驱动齿轮（QD201），该第三驱动齿轮（QD201）分别与第一直线齿条（CT101）啮合，第四伺服电机（SM104）上安装有第四减速器（JS104），该第四减速器（JS104）的输出轴安装第四驱动齿轮（QD202），该第四驱动齿轮（QD202）与第二直线齿条（CT102）啮合，第三减速器（JS103）、第三驱动齿轮（QD201）与第四减速器（JS104）、第四驱动齿轮（QD202）都安装在第二龙门架（LM02）两侧上，从而构成第二龙门架（LM02）的驱动部分，通过第三、四伺服电机（SM103、SM104）轴的同步转动实现第二龙门架（LM02）的水平移动。
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