CN106181527B - 数控机床用滚珠丝杠运动系统 - Google Patents

数控机床用滚珠丝杠运动系统 Download PDF

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Abstract

一种数控机床用滚珠丝杠运动系统，应用于数控机床，其特征在于包含移动凹槽和移动件，所述移动凹槽的两侧设有平行设置的导向滑条，所述移动件的下缘设有供导向滑条嵌入以实现移动件相对移动凹槽导向移动的两导槽，所述移动凹槽内还设有丝杆，其一端还设有驱动丝杆转动的驱动电机，所述移动件的下缘中部设有螺母，所述螺母围绕于所述丝杆且两者之间设有多个滚珠，以通过丝杆的转动，驱动螺母进行移动，进而带动移动件实现移动，还包含控制系统和监测组件，由此，本发明操作方便，移动稳定，且移动精度高，提高加工优良率。

Description

数控机床用滚珠丝杠运动系统
技术领域
本发明涉及数控机床的技术领域，尤其涉及一种数控机床用滚珠丝杠运动系统。
背景技术
滚珠丝杆副由滚动摩擦来代替滑动摩擦，因而具有传动平稳、效率高、回程误差小等特点，在航空、汽车、机床等领域得到广泛应用。随着工业化进程的加速，人们对滚珠丝杆的需求越来越大，对丝杆的定位精确度要求也越来越高。滚珠丝杆的螺旋线对丝杆的定位起着主要作用，其精度决定了滚珠丝杆的质量，这就要求丝杆驱动有更高的精度。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种数控机床用滚珠丝杠运动系统，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数控机床用滚珠丝杠运动系统，其操作方便，移动稳定，且移动精度高，提高加工优良率。
为解决上述问题，本发明公开了一种数控机床用滚珠丝杠运动系统，应用于数控机床，其特征在于包含移动凹槽和移动件，所述移动凹槽的两侧设有平行设置的导向滑条，所述移动件的下缘设有供导向滑条嵌入以实现移动件相对移动凹槽导向移动的两导槽，所述移动凹槽内还设有丝杆，其一端还设有驱动丝杆转动的驱动电机，所述移动件的下缘中部设有螺母，所述螺母围绕于所述丝杆且两者之间设有多个滚珠，以通过丝杆的转动，驱动螺母进行移动，进而带动移动件实现移动。
其中：还包含控制系统和监测组件，所述监测组件包含温度传感器、激光测距传感器和光栅角度传感器，所述温度传感器为多个以检测温度信号，所述激光测距传感器设置于移动件以检测移动件的移动距离，所述光栅角度传感器设置于丝杆靠近驱动电机的一端，以检测丝杆的旋转角度，所述控制系统包含信号接收处理模块、控制模块、存储模块和信号发送模块，所述驱动电机为伺服电机且连接至信号发送模块，以接收实时控制信号。
其中：所述信号接收处理模块分别连接至温度传感器、激光测距传感器和光栅角度传感器，将接收到的温度信号、移动距离和旋转角度进行信号调制后发送给控制模块，所述控制模块根据预定距离以及调制后的温度信号、移动距离和旋转角度形成控制信号，通过信号发送模块对伺服电机进行实时控制。
其中：所述控制模块包含螺距补偿单元、温度补偿单元和电机控制单元，在具体控制中需要通过螺距和旋转角度得到移动距离，故存储模块内存储有丝杆螺距的标定值，螺距补偿单元得到螺距误差值ΔB，所述温度补偿单元得到温度补偿参数T补，伺服电机需要旋转的角度为：AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T补。
其中：所述螺距补偿单元通过常规状态测试得到的移动距离L0与旋转角度A0，从而得到丝杆螺距B的测试值，即L0/(A0/360)＝B1，进而得到螺距误差值ΔB＝B1-B0，并更新存储模块内的螺距误差值ΔB。
其中：所述温度补偿单元连接至温度传感器和激光测距传感器，在每次移动件移动结束时，均测量不同结构上的温度传感器的温度信号，进行均值后得到整体结构的平均温度，并通过激光测距传感器得到该平均温度下该次移动中所述移动件的实际移动距离LA1，从而得到在该平均温度下的距离误差ΔL＝LA1-LA，进而得到该平均温度下的T补＝ΔL*360/(B0+ΔB)，就此通过存储单元将该平均温度下的T补进行存储，从而形成对应不同平均温度下的温度补偿系数T补。
其中：在下次移动时，电机控制单元分别读取存储模块内的螺距误差值ΔB，并通过移动前测量得到的平均温度选取最接近的温度补偿系数T补，并将得到的ΔB和温度补偿系数T补带入公式：AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T补，从而向伺服电机发送相应的角度旋转信号。
通过上述结构可知，本发明的数控机床用滚珠丝杠运动系统不仅考虑了螺距的补偿，还充分考虑的温度的随时补偿，实现了移动精度的实时更新和控制，在不影响现有移动的情况下，尽可能的对下次移动进行提前补偿，以更好的提高移动精度。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的数控机床用滚珠丝杠运动系统的安装示意图。
图2显示了本发明的结构示意图。
附图标记：
10、机台；11、第一移动平台；12、第二移动平台；13、工件夹持座；14、夹持旋转装置；15、夹持驱动装置；16、第三移动平台；17、加工平台；18、加工驱动装置；19、变速箱；20、围栏；111、移动凹槽；112、导向滑条；113、丝杆；114、驱动电机；115、移动件。
具体实施方式
参见图1和2，显示了本发明的数控机床用滚珠丝杠运动系统。
所述数控机床用滚珠丝杠运动系统应用于数控机床，参见图1，所述数控机床包含机台10和机台10周缘向上延伸的围栏20。
所述机台10设有呈90度相对设置的第一移动平台11和第二移动平台12，所述第一移动平台11上设有可进行相对移动的工件夹持座13，所述工件夹持座13通过本发明的数控机床用滚珠丝杠运动系统进行相对移动，所述工件夹持座13上设有夹持旋转装置14和夹持驱动装置15，所述夹持驱动装置15连接至夹持旋转装置14以驱动其进行工件的夹紧。
所述第二移动平台12上设有可相对移动的第三移动平台16，其中，所述第三移动平台16的移动方向与工件夹持座13的移动方向相互垂直，所述第三移动平台16上设有加工平台17，所述加工平台17的前端设有刀具夹持座，所述加工平台17的后端上缘设有加工驱动装置18，所述加工驱动装置18通过变速箱19连接至刀具夹持座，以实现刀具的旋转驱动，进一步对工件进行切削操作。
上述刀具的移动和工件的夹持的具体结构和详细操作属于现有技术，在此不再进行累述。
其中，参见图2，本发明的数控机床用滚珠丝杠运动系统包含相对第一移动平台11固定的移动凹槽111和相对工件夹持座13固定的移动件115，所述移动凹槽111的两侧设有平行设置的导向滑条112，所述移动件115的下缘设有供导向滑条112嵌入以实现移动件115相对移动凹槽111导向移动的两导槽，所述移动凹槽111内还设有丝杆113，其一端还设有驱动丝杆113转动的驱动电机114，所述移动件115的下缘中部设有螺母(未示出)，所述螺母围绕于所述丝杆113且两者之间设有多个滚珠，以通过丝杆113的转动，驱动螺母进行移动，进而带动移动件115实现移动。
其中，还包含控制系统和监测组件，所述监测组件包含温度传感器、激光测距传感器和光栅角度传感器，所述温度传感器为多个且可分别设置于移动凹槽111、丝杆113和移动件115，以检测各部分的温度信号T，所述激光测距传感器设置于移动件115，以检测移动件115相对于机台10和/或第一移动平台的移动距离L，所述光栅角度传感器设置于丝杆113靠近驱动电机114的一端，以检测丝杆113的旋转角度A，所述控制系统包含信号接收处理模块、控制模块、存储模块和信号发送模块，所述驱动电机114为伺服电机且连接至信号发送模块，以接收实时控制信号。
所述信号接收处理模块分别连接至温度传感器、激光测距传感器和光栅角度传感器，将接收到的温度信号、移动距离和旋转角度进行信号调制后发送给控制模块，所述控制模块根据预定距离以及调制后的温度信号、移动距离和旋转角度形成控制信号，通过信号发送模块对伺服电机进行实时控制。
具体的控制模式为，所述控制模块包含螺距补偿单元、温度补偿单元和电机控制单元，在具体控制中需要通过螺距和旋转角度得到移动距离，故存储模块内存储有丝杆螺距B的标定值B0，由于需要考虑温度、螺距误差等，需要对该公式得到的旋转角度进行补偿，故螺距补偿单元可得到螺距误差值ΔB，所述温度补偿单元可得到温度补偿参数T补，本发明若需要移动一预定距离LA，则伺服电机需要旋转的角度AA：AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T补，在初始状态下，所述螺距误差值ΔB为零，其中，所述螺距补偿单元通过常规状态测试(即在无负载状态下移动件从丝杆的一端移动到另一端)得到的移动距离L0与旋转角度A0，从而得到丝杆螺距B的测试值，即L0/(A0/360)＝B1，进而得到螺距误差值ΔB＝B1(测试值)-B0(标定值)，并更新存储模块内的螺距误差值ΔB，因此，该螺距补偿单元可根据需要进行测量，以随时确定螺距误差值ΔB，从而避免了由于螺杆本身的刚性和内部应力影响其螺距发生的变化。
所述温度补偿单元连接至温度传感器和激光测距传感器，在每次移动件移动结束时，均测量不同结构上的温度传感器的温度信号T，进行均值后得到整体结构的平均温度，并通过激光测距传感器得到该平均温度下该次移动中所述移动件的实际移动距离LA1，从而得到在该平均温度下的距离误差ΔL＝LA1-LA(预定距离)，且通过AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T补的反推，得到该平均温度下的T补＝ΔL*360/(B0+ΔB)，就此通过存储单元存储该平均温度下的T补，从而形成一系列对应不同平均温度下的温度补偿系数T补。
在下次移动时，电机控制单元分别读取存储模块内的螺距误差值ΔB，并通过移动前测量得到的平均温度选取最接近的温度补偿系数T补，若移动前测量得到的平均温度正好在两个已确定的平均温度之间，则将两个已确定的平均温度的温度补偿系数T补取平均值，并将得到的ΔB和温度补偿系数T补带入公式：AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T补，从而向伺服电机发送相应的角度旋转信号。
其中，为避免测量得到的不同平均温度下的温度补偿系数T补数据过于庞大，在另一实施例中，对不同平均温度的设置中，所述存储单元中设有预定平均温度Tp，所述预定平均温度Tp划分为不同的范围，即从Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5、Tp6、Tp7、Tp8…，所述预定平均温度Tp例如以5摄氏度为一个小范围，既Tp1为大于0而小于等于5度、Tp2大于5而小于等于10度、Tp3大于10而小于等于15度并以此类推，从而将移动结束时得到的平均温度下的T补对应于不同范围内的预定平均温度，并对该预定平均温度范围内的数据T补进行更新，在下次进行移动时即可读取对应预定平均温度Tp内的T补，并根据读取的温度补偿系数T补对公式AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T补进行温度补偿，从而实现更精确的控制。
由此可见，本发明不仅考虑了螺距的补偿，还充分考虑的温度的随时补偿，实现了移动精度的实时更新和控制，在不影响现有移动的情况下，尽可能的对下次移动进行提前补偿，以更好的提高移动精度。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (3)

1.一种数控机床用滚珠丝杠运动系统，应用于数控机床，其特征在于包含移动凹槽和移动件，所述移动凹槽的两侧设有平行设置的导向滑条，所述移动件的下缘设有供导向滑条嵌入以实现移动件相对移动凹槽导向移动的两导槽，所述移动凹槽内还设有丝杆，其一端还设有驱动丝杆转动的驱动电机，所述移动件的下缘中部设有螺母，所述螺母围绕于所述丝杆且两者之间设有多个滚珠，以通过丝杆的转动，驱动螺母进行移动，进而带动移动件实现移动；
还包含控制系统和监测组件，所述监测组件包含温度传感器、激光测距传感器和光栅角度传感器，所述温度传感器为多个以检测温度信号，所述激光测距传感器设置于移动件以检测移动件的移动距离，所述光栅角度传感器设置于丝杆靠近驱动电机的一端，以检测丝杆的旋转角度，所述控制系统包含信号接收处理模块、控制模块、存储模块和信号发送模块，所述驱动电机为伺服电机且连接至信号发送模块，以接收实时控制信号；
所述控制模块包含螺距补偿单元、温度补偿单元和电机控制单元，在具体控制中需要通过螺距和旋转角度得到移动距离，故存储模块内存储有丝杆螺距的标定值B0，螺距补偿单元得到螺距误差值ΔB，所述温度补偿单元得到温度补偿参数T补，伺服电机需要旋转的角度为：AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T补,LA为移动的预定距离；
所述螺距补偿单元通过常规状态测试得到的移动距离L0与旋转角度A0，从而得到丝杆螺距B的测试值，即L0/(A0/360)＝B1，进而得到螺距误差值ΔB＝B1-B0，并更新存储模块内的螺距误差值ΔB；
所述温度补偿单元连接至温度传感器和激光测距传感器，在每次移动件移动结束时，均测量不同结构上的温度传感器的温度信号，进行均值后得到整体结构的平均温度，并通过激光测距传感器得到该平均温度下该次移动中所述移动件的实际移动距离LA1，从而得到在该平均温度下的距离误差ΔL＝LA1-LA，进而得到该平均温度下的T补＝ΔL*360/(B0+ΔB)，就此通过存储单元将该平均温度下的T补进行存储，从而形成对应不同平均温度下的温度补偿系数T补。
2.如权利要求1所述的数控机床用滚珠丝杠运动系统，其特征在于：所述信号接收处理模块分别连接至温度传感器、激光测距传感器和光栅角度传感器，将接收到的温度信号、移动距离和旋转角度进行信号调制后发送给控制模块，所述控制模块根据预定距离以及调制后的温度信号、移动距离和旋转角度形成控制信号，通过信号发送模块对伺服电机进行实时控制。
3.如权利要求1所述的数控机床用滚珠丝杠运动系统，其特征在于：在下次移动时，电机控制单元分别读取存储模块内的螺距误差值ΔB，并通过移动前测量得到的平均温度选取最接近的温度补偿系数T补，并将得到的ΔB和温度补偿系数T补带入公式：AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T补，从而向伺服电机发送相应的角度旋转信号。
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