CN110554659B - 一种大行程高精度微纳运动伺服进给系统 - Google Patents

一种大行程高精度微纳运动伺服进给系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110554659B
CN110554659B CN201910726948.8A CN201910726948A CN110554659B CN 110554659 B CN110554659 B CN 110554659B CN 201910726948 A CN201910726948 A CN 201910726948A CN 110554659 B CN110554659 B CN 110554659B
Authority
CN
China
Prior art keywords
comparator
hydrostatic
nut
output end
servo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910726948.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110554659A (zh
Inventor
冯显英
王兆国
李沛刚
杜付鑫
孙德鹏
李慧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN201910726948.8A priority Critical patent/CN110554659B/zh
Publication of CN110554659A publication Critical patent/CN110554659A/zh
Priority to PCT/CN2020/091125 priority patent/WO2021022866A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110554659B publication Critical patent/CN110554659B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/41Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by interpolation, e.g. the computation of intermediate points between programmed end points to define the path to be followed and the rate of travel along that path
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/34Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34083Interpolation general

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统,包括第一伺服电机、第二伺服电机、液体静压丝杠副、液压控制系统、压力检测装置、位移检测装置、位置反馈模块、运动控制器和PC机;液体静压丝杠副包括相互配合的丝杠和液体静压螺母组件;第一伺服电机驱动丝杠做旋转运动,第二伺服电机驱动液体静压螺母做旋转运动;两个伺服电机通过各自伺服驱动系统驱动;液体静压螺母组件带动工作台实现直线运动。位移检测装置一端与工作台相连,另一端和位置反馈模块相连,将测得的工作台位移信息反馈到所述位置反馈模块;位置反馈模块将信号反馈到运动控制器中;通过所述液体静压丝杠和螺母两个旋转运动的合成,实现工作台的精确的闭环进给控制。

Description

一种大行程高精度微纳运动伺服进给系统
技术领域
本发明涉及微纳技术领域,属于超精密数控机床及高端机电装备超精密运动控制领域技术,具体涉及一种适用于大行程、高精度数控机床的高分辨率微纳运动伺服进给系统及其控制方法。
背景技术
精密与超精密加工技术已经成为了国防与高新技术发展的技术支撑,随着产品的更新换代,许多高科技产品对零部件的加工精度要求越来越高,因此对精密和超精密机床的性能指标要求也在逐渐提高。然而,这种高精度运动控制的关键技术瓶颈之一是如何在加工过程中使工具或工件得到准确、稳定可靠地实现微纳级分辨率的微量进给控制。由于低速爬行现象的影响,常规的机电传动系统已经不再适用,当前实现微纳级位移的策略主要是依据智能材料的物理属性,如磁致伸缩、电致伸缩、热致伸缩以及机械力微量变形等原理获得微纳级位移的。
但是发明人发现智能材料的应用存在成本高、行程范围小、刚性低、非线性、控制复杂等缺陷,限制了其应用范围。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供了一种基于新型液体静压丝杠螺母副的大行程、高精度微纳运动控制伺服进给系统及其实现方法,实现超精密、高精度加工中的精确微位移控制。可广泛用于各种高端精密数控装备和高精度运动控制下的精确定位、跟踪及检测等场。
本发明采用的技术方案如下:
一种大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统,其特征在于,包括第一伺服电机、第二伺服电机、液体静压丝杠副、液压控制系统、压力检测装置、位移检测装置、位置反馈模块、CNC运动控制器和PC机;
所述的液体静压丝杠副包括相互配合的丝杠和液体静压螺母组件;
所述的第一伺服电机驱动液体静压丝杠做旋转运动,第二伺服电机液体静压螺母组件做旋转运动;两个伺服电机各自通过一套伺服驱动系统驱动;所述的液体静压螺母组件上固定工作台,带动工作台做直线运动;感应工作台位移的位移检测装置一端与工作台相连,另一端和位置反馈模块相连,将测得的工作台位移信息反馈到所述位置反馈模块;
所述的位置反馈模块将信号反馈到CNC运动控制器中;所述CNC运动控制器,根据给定运动要求按照一定的算法分配指令给两个伺服驱动系统,使两个伺服电机运动通过液体静压丝杠螺旋传动副差动合成,获得精准的微纳级高分辨率运动位移;
所述的压力检测装置固定在工作台内部,测量液体静压丝杠副的液压油的工作压力,将油压传给液压控制系统,液压控制系统根据油压调节液压站供油;通过所述液体静压丝杠和螺母两个旋转运动的合成,实现工作台的微纳量级进给控制。
作为进一步的技术方案,所述的螺母组件包括液体静压螺母、液体静压轴承和螺母轴承安装座;
所述的液体静压螺母作为液体静压螺母轴承的内圈,液体静压螺母轴承安装在螺母轴承安装座上;在所述的液体静压螺母轴承上设有第一进油孔,在所述的液体静压螺母上设有第二进油孔,第一进油孔和第二进油孔相连通;
作为进一步的技术方案,所述的第二伺服电机采用空心直驱电机,所述的空心直驱电机的转子与液体静压螺母相连,空心直驱电机的定子与电机安装座相连。
作为进一步的技术方案,所述的液体静压丝杠的两端通过液体静压轴承支撑。
作为进一步的技术方案,第一伺服电机的伺服驱动系统包括第一位置环控制器、第一速度环控制器、第一电流环控制器、第一比较器、第二比较器和第三比较器;所述的第一比较器的正相输入端与CNC运动控制器相连,反相输入端与位移传感器相连,第一比较器输出端与第一位置环控制器相连;所述的第一位置环控制器的输出端与第二比较器的正相输入端相连,反相输入端与速度传感器相连,第二比较器输出端与速度环控制器相连;所述的第一速度环控制器的输出端与第三比较器的正相输入端相连,反相输入端与电流传感器相连,第三比较器输出端与第一电流环控制器相连;第一电流环控制器的输出端控制第一伺服电机相连。
作为进一步的技术方案,第二伺服电机的伺服驱动系统包括第二位置环控制器、第二速度环控制器、第二电流环控制器、第四比较器、第五比较器、第六比较器、第七比较器和第八比较器;所述的第七比较器的两个输入端均与CNC运动控制器的输出端相连,第七比较器的输出端与第八比较器的正相输入端相连,所述的第八比较器的另正相输入端与用于检测工作台位移的位移检测装置相连,所述的第八比较器输出端与第四比较器的正相输入端相连;所述的第四比较器的反相输入端与CNC运动控制器相连;第四比较器输出端与第二位置环控制器相连;
所述的第二位置环控制器的输出端与第五比较器的正相输入端相连,反相输入端与速度传感器相连,第五比较器输出端与第二速度环控制器相连;所述的第二速度环控制器的输出端与第六比较器的正相输入端相连,反相输入端与电流传感器相连,第六比较器输出端与第二电流环控制器相连;第二电流环控制器的输出端控制第二伺服电机相连。
作为进一步的技术方案,所述的液压控制系统包括节流器、液压控制器、液压站、第九比较器和第十比较器;
所述的压力检测装置与第九比较器的反相输入端相连,液压控制器与第九比较器的正相输入端相连,第九比较器的输出端与第十比较器的负相输入端相连,所述的第十比较器的正相输入端与液压控制器相连;所述的第十比较器的输出端与液压站相连,所述的液压站与节流器相连,节流器的输出端与液体静压丝杠副的进油口相连。
基于上面的系统,本发明还提供了一种控制方法,包含如下步骤:
步骤1依据第一伺服电机、第二伺服电机具体结构及固有属性,构建丝杠驱动和螺母驱动系统全闭环控制的数学模型;
步骤2依据构建的数学模型进行伺服驱动仿真,调节并整定获取位置、速度、电流各环节PID参数;
步骤3依据液压系统的结构特点,构建液压系统的全闭环控制的数学模型;
步骤4依据构建的数学模型进行仿真,得到相关参数。
步骤5依据所述运动控制器对丝杠电机和螺母电机的各自控指令插补分配,通过PC机各参数设置,分别向伺服电机的伺服系统发送插补分配指令,运动控制器在线实时调整参数,使整个控制系统速度和加减速度变化曲线连续精确通过丝杠螺旋传动副机械的运动合成,工作台便获得微纳级的高分辨率进给。
进一步的,所述的大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统的控制方法,在CNC运动控制器和液压系统控制器联合控制下,具有丝杠单驱动、螺母单驱动等多种工作方式。不同的驱动方式下具有不同的工作性能,满足不同场合的工作要求。
本发明的有益效果如下:
本发明在原有丝杠驱动型液体静压丝杠螺母传动副的基础上,进一步改善了其低速进给精度,满足大行程、高精度微纳级进给的运动需求。本发明可广泛用于超精密、高精度加工、定位、跟踪、检测等各行业高档尖端机电装备和数控机床上,可使其整体动态性能指标得到大幅提升。
本发明使驱动液体静压丝杠和螺母的两个电机都避开因材质固有属性决定的易于产生“蠕动”爬行的低速工作区,工作在转速几近相等、转向相同的两个较高的转速区。本发明和目前常用的丝杠驱动型滚珠丝杠副和液体静压丝杠副相比,进给系统几乎不会产生“蠕动”爬行,可以达到微纳米级高精度。本发明专利可构成单轴、双轴高精度运动控制平台,可广泛用于各行业各类高精度加工、定位、跟踪及检测场合的高端数控机电装备。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明提供的一种大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统及其实现方法原理图;
图2为本发明提供的双驱动微纳进给伺服系统结构图;
图3为本发明提供的双驱动微纳进给伺服系统结构图的俯视角度的全剖视图;
图中:1—PC机;2—CNC运动控制器;3—丝杠电机控制电路;31—丝杠电机位置换控制器;32—丝杠电机速度环控制器;33—丝杠电机电流环控制器;4 —螺母电机控制电路;41—螺母电机位置换控制器;42—螺母电机速度环控制器; 43—螺母电机电流环控制器;5—液压控回路;51—液压控制器;52—液压站; 53—节流器;54—压力检测装置;6—液压差速双驱动工作台;601—丝杠电机; 602—联轴器;603—液体静压轴承;604—螺母电机;6041—空心电机转子;6042 —空心电机定子;605—液体静压螺母;;606—液体静压螺母轴承;607—液体静压丝杠;608—液体静压轴承;609—螺母轴承安装座;610—液体静压导轨;611 —位置检测装置;612—工作台;613—电机座;614—底座。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合;
为了方便叙述,本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样,仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致,并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位,以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
术语解释部分:本发明中的“大行程”是指滚珠丝杠整体行程大于100mm,可以扩展到1.5-2m左右。“高精度”是指位移分辨率在0.01μm-1nm左右。
正如背景技术所介绍的,现有技术中存在的不足,为了解决如上的技术问题,本申请提出了一种大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统及控制方法。液体静压丝杠螺母副由于丝杠和螺母之间采用流体润滑,具有高刚度、低摩擦、阻尼特性好等优点,可以弥补液体静压导轨运动方向阻尼不足的缺陷。目前国内外没有实现螺母和丝杠可同时作主驱动的液体静压丝杠螺母副及其应用于超高精密加工机床领域中,本发明恰恰填补这这项技术空白。
为使本发明更加清晰明了,如附图1、2、3所示,以下结合附图对本发明做进一步详细说明和解释,但并不限定本发明。
如图1所示为一种大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统及其实现方法原理图,包括PC机1、CNC运动控制器2、伺服驱动系统3、伺服驱动系统4、液压控制系统5、差速双驱动工作台6;
差速双驱动工作台6包括丝杠电机601、联轴器602、液体静压轴承603、螺母电机604(空心轴直驱电机)、液体静压螺母605、液体静压螺母轴承606、丝杠607、液体静压轴承608、螺母轴承安装座609、液体静压导轨610、位置检测装置611、工作台612、电机座613、底座614。
液体静压螺母605、液体静压螺母轴承606、螺母轴承安装座609构成了液体静压螺母组件。液体静压螺母组件和丝杠607构成完整的双驱动型液体静压丝杠螺母副。液体静压螺母605的内圈螺旋面与丝杠607螺旋面配合,螺母螺纹面全长四扣,每个牙扣同侧圆周分布有3个油腔,全部有效牙扣上的同侧同圆周位置上的油腔共用一个节流器控制。
液体静压螺母605作为液体静压螺母轴承606的内环,液体静压螺母轴承606 安装在螺母轴承安装座609上;在所述的液体静压螺母轴承606上设有第一进油孔,在所述的液体静压螺母605上设有第二进油孔。第一进油孔和第二进油孔相连通;
螺母电机604采用空心轴直驱电机,空心轴直驱电机的动子通过各自端部法兰与液体静压螺母605相连,定子与电机座613相连,所述的电机座613与工作台612相连,工作台612沿着导轨610移动。所述电机座613和螺母轴承安装座 609可一体化设计并固联于工作台。
丝杠607的两端通过轴向液体静压轴承603和608支撑。
丝杠电机601通过联轴器602与丝杠607相连。
丝杠电机601驱动丝杠做旋转运动,螺母电机604驱动液体静压螺母做旋转运动;两个伺服电机各自通过一套伺服驱动系统驱动;所述的液体静压螺母组件上固定工作台,感应工作台位移的位移检测装置一端与工作台相连,另一端和位置反馈模块相连,将测得的工作台位移信息反馈到所述位置反馈模块;所述的位置反馈模块将信号反馈到CNC运动控制器中;所述CNC运动控制器,根据PC机给定运动要求,按照一定的算法分配指令给两个伺服驱动系统;
所述的压力检测装置固定在工作台内部,测量液体静压丝杠副的液压油的工作压力,并传给液压控制系统,液压控制系统根据油压调节液压站供油;通过所述液体静压丝杠和螺母两个旋转运动的“差动”合成,实现工作台的精确微纳量级进给运动控制。
第一伺服电机的伺服驱动系统包括第一位置环控制器、第一速度环控制器、第一电流环控制器、第一比较器、第二比较器和第三比较器;所述的第一比较器的正相输入端与CNC控制器相连,反相输入端与位移传感器相连,第一比较器输出端与第一位置环控制器相连;所述的第一位置环控制器的输出端与第二比较器的正相输入端相连,反相输入端与速度传感器相连,第二比较器输出端与速度环控制器相连;所述的第一速度环控制器的输出端与第三比较器的正相输入端相连,反相输入端与电流传感器相连,第三比较器输出端与第一电流环控制器相连;第一电流环控制器的输出端控制第一伺服电机相连。
作为进一步的技术方案,第二伺服电机的伺服驱动系统包括第二位置环控制器、第二速度环控制器、第二电流环控制器、第四比较器、第五比较器、第六比较器、第七比较器和第八比较器;所述的第七比较器的两个输入端均与CNC控制器的输出端相连,第七比较器的输出端与第八比较器的正相输入端相连,所述的第八比较器的另正相输入端与用于检测工作台位移的位移检测装置相连,所述的第八比较器输出端与第四比较器的正相输入端相连;所述的第四比较器的反相输入端与CNC控制器相连;第四比较器输出端与第二位置环控制器相连;
所述的第二位置环控制器的输出端与第五比较器的正相输入端相连,反相输入端与速度传感器相连,第五比较器输出端与第二速度环控制器相连;所述的第二速度环控制器的输出端与第六比较器的正相输入端相连,反相输入端与电流传感器相连,第六比较器输出端与第二电流环控制器相连;第二电流环控制器的输出端控制第二伺服电机相连。
作为进一步的技术方案,所述的液压控制系统包括节流器、液压控制器、液压站、压力检测、第九比较器和第十比较器;
所述的压力检测装置与第九比较器的反相输入端相连,液压控制器与第九比较器的正相输入端相连,第九比较器的输出端与第十比较器的负相输入端相连,所述的第十比较器的正相输入端与液压控制器相连;所述的第十比较器的输出端与液压站相连,所述的液压站与节流器相连,节流器的输出端与液体静压丝杠副的进油口相连。
如图1、2给出了一种大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统及其实现方法的具体实施例;
与上述实施例相结合,所述传动系统包括液体静压丝杠传动副和空心轴直驱电机传动。所述的液体静压丝杠副不同于常规的液体静压丝杠副,液体静压螺母还作为液体静压螺母轴承606的内圈。
其中丝杠电机601通过联轴器602与丝杠607连接。另一个螺母电机604的空心轴穿过丝杠607,其电机的转子6041直接与液体静压螺母605相连,带动螺母旋转,电机的定子6042安装在电机座613上,电机座固定在工作台612下方,随工作台一起运动。
与上述实施例相结合,所述的位移检测传感器611的一端与工作台相连接,一端与差动位置比较器相连接。
与上述实施例相结合,所述的伺服驱动系统包括丝杠电机伺服驱动系统和螺母电机伺服驱动系统,用于根据各自接收的控制信号和各自的反馈信号,采用PI D 算法产生信号分别驱动伺服电机。由丝杠和螺母旋转产生的运动叠加合成,带动工作台运动。
与上述实施例相结合,所述PC机1分别与CNC运动控制器2与液压控制器 51相连接。根据实际工作要求PC机1分别向CNC运动控制器2和液压控制柜3 发送指令。
与上述实施例向结合,所述的CNC运动控制器2,根据实际工作精度要求,按照一定的算法分配给伺服电机601和空心轴伺服电机604运动指令。
与上述实施例相结合,所述两个伺服电机驱动系统中均包含位置控制电路、速度控制电路、电流控制电路以及其相对应的比较器。
与上述实施例相结合,所述螺母605内表面,通过液压油介质和丝杠607构成丝杠螺母螺旋传动副;螺母的端面设有用于将螺母电机动子(转子)固连在螺母上的均布的螺孔。
与上述实施例相结合,所述螺母轴承座端部设有法兰,法兰端面均布设有用于和工作台支承座相配固联工作台的螺孔,通过所述双驱液体静压杠螺母副螺旋传动,实现所述工作台的直线移动。
与上述实施例相结合,所述丝杠607采用“固定一支承”的安装方式,靠近伺服电机602的一端由丝杠固定座约束定位,丝杠固定座内装有一对角接触球轴承远离伺服电机的一端的支承座内装有用来径向定位,而轴向自由的向心球轴承 608。
与上述实施例相结合,所述超精密微量进给伺服驱动系统结构能构建单轴的微纳米级分辨率的超精密伺服工作台、双轴联动超精密伺服工作台以及多轴联动的超精密伺服工作台。
与上述实施例相结合,所述伺服驱动系统包括丝杠电机伺服驱动系统(3)、螺母电机伺服驱动系统(4)、液压油控制系统(5)。差动位置比较器和位置反馈模块。所述两个电机伺服驱动系统中均包含速度控制(32、42)、位置控制(31、 41)、电流控制(33、43)和其分别对应的比较器。液压控制系统中包含压力反馈模块54和压力比较器。
与上述实施例相结合,所述位置较器的一端与CNC运动控制器1相连接;另一端与速度、位置、电流检测器相连。位置比较器把位置信息和丝杠电机的位置比较后,将信息输出到位置控制电路。
与上述实施例相结合,所述的液体静压螺母605和丝杠607的位置比较器与差动比较器相连。丝杠位置信号与工作台位置检测器检测到的位置信号做差,通过改变丝杠电机或螺母电机的运动来弥补位置误差,即得到理想位置。
与上述实施例相结合,所述的压力传感器54将丝杠螺母之间的压力与PC机设置的压力通过压力比较器进行比较,通过液压控制系统51控制液压站52改变供油量进而通过节流器53调节丝杠螺母之间的液压油压力。
与上述实施例相结合,所述的大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统的控制方法,其特征在于,包含如下步骤:
步骤1依据所述双驱动伺服系统具体结构及固有属性,构建丝杠3驱动和螺母4驱动系统全闭环控制的数学模型;
步骤2依据构建的数学模型进行伺服驱动仿真,调节并整定获取位置、速度、电流各环节PID参数;
步骤3依据液压系统的结构特点,构建液压系统的全闭环控制的数学模型;
步骤4依据构建的数学模型进行仿真,得到相关参数。
步骤5依据所述运动控制器2对丝杠电机601和螺母电机604的各自控指令插补分配,通过PC机各参数设置,分别向伺服电机的伺服系统发送插补分配指令,运动控制器在线实时调整参数,使整个控制系统速度和加减速度变化曲线连续精确通过丝杠螺旋传动副机械的运动合成,工作台便获得高分辨率的微量进给。
与上述实施例相结合,所述的大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统的控制方法,其特征在于,在PC机控制CNC运动控制器2和液压系统控制器51下,具有多种工作方式,即丝杠单驱动、螺母单驱动、丝杠和螺母双驱动。不同的驱动方式下具有不同的工作性能,满足不同场合的工作要求。

Claims (7)

1.一种大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统,其特征在于,包括第一伺服电机、第二伺服电机、液体静压丝杠副、液压控制系统、压力检测装置、位移检测装置、位置反馈模块、CNC运动控制器和PC机;
所述的液体静压丝杠副包括相互配合的丝杠和液体静压螺母组件;
所述的第一伺服电机驱动丝杠做旋转运动,第二伺服电机驱动液体静压螺母组件做旋转运动;两个伺服电机通过各自伺服驱动系统驱动;所述的液体静压螺母组件固定于工作台并带动工作台实现直线运动;
感应工作台位移的位移检测装置一端与工作台相连,另一端和位置反馈模块相连,将测得的工作台位移信息反馈到所述位置反馈模块;所述的位置反馈模块将信号反馈到CNC运动控制器中;所述的压力检测装置固定在工作台内部,测量液体静压丝杠副的液压油的工作压力,将油压传给液压控制系统,液压控制系统根据油压调节液压站供油;通过所述丝杠和液体静压螺母组件两个旋转运动的合成,实现工作台的精确的闭环进给控制;
所述的CNC运动控制器、液压控制系统与PC机相连,所述CNC运动控制器,根据PC机给定运动要求,按照一定的算法分配指令给两个伺服驱动系统。
2.如权利要求1所述的大行程、高精度微纳运动控制伺服进给系统,其特征在于,所述的螺母组件包括液体静压螺母、液体静压轴承和螺母轴承安装座;
所述的液体静压螺母作为液体静压螺母轴承的内圈,液体静压螺母轴承安装在螺母轴承安装座上;在所述的液体静压螺母轴承上设有第一进油孔,在所述的液体静压螺母上设有第二进油孔,第一进油孔和第二进油孔相连通。
3.如权利要求1所述的大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统,其特征在于,所述的第二伺服电机采用空心直驱电机,所述的空心直驱电机的转子与液体静压螺母相连,空心直驱电机的定子与电机安装座相连。
4.如权利要求2所述的大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统,其特征在于,所述的液体静压丝杠副的两端通过液体静压轴承支撑。
5.如权利要求1所述的大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统,其特征在于,第一伺服电机的伺服驱动系统包括第一位置环控制器、第一速度环控制器、第一电流环控制器、第一比较器、第二比较器和第三比较器;所述的第一比较器的正相输入端与CNC运动控制器相连,反相输入端与位移传感器相连,第一比较器输出端与第一位置环控制器相连;所述的第一位置环控制器的输出端与第二比较器的正相输入端相连,反相输入端与速度传感器相连,第二比较器输出端与速度环控制器相连;所述的第一速度环控制器的输出端与第三比较器的正相输入端相连,反相输入端与电流传感器相连,第三比较器输出端与第一电流环控制器相连;第一电流环控制器的输出端控制第一伺服电机相连。
6.如权利要求1所述的大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统,其特征在于,第二伺服电机的伺服驱动系统包括第二位置环控制器、第二速度环控制器、第二电流环控制器、第四比较器、第五比较器、第六比较器、第七比较器和第八比较器;所述的第七比较器的两个输入端均与CNC运动控制器的输出端相连,第七比较器的输出端与第八比较器的正相输入端相连,所述的第八比较器的另正相输入端与用于检测工作台位移的位移检测装置相连,所述的第八比较器输出端与第四比较器的正相输入端相连;所述的第四比较器的反相输入端与CNC运动控制器相连;第四比较器输出端与第二位置环控制器相连;
所述的第二位置环控制器的输出端与第五比较器的正相输入端相连,反相输入端与速度传感器相连,第五比较器输出端与第二速度环控制器相连;所述的第二速度环控制器的输出端与第六比较器的正相输入端相连,反相输入端与电流传感器相连,第六比较器输出端与第二电流环控制器相连;第二电流环控制器的输出端控制第二伺服电机相连。
7.如权利要求1所述的大行程高精度微纳运动控制伺服进给系统,其特征在于,所述的液压控制系统包括节流器、液压控制器、液压站、第九比较器和第十比较器;
所述的压力检测装置与第九比较器的反相输入端相连,液压控制器与第九比较器的正相输入端相连,第九比较器的输出端与第十比较器的负相输入端相连,所述的第十比较器的正相输入端与液压控制器相连;所述的第十比较器的输出端与液压站相连,所述的液压站与节流器相连,节流器的输出端与液体静压丝杠副的进油口相连。
CN201910726948.8A 2019-08-07 2019-08-07 一种大行程高精度微纳运动伺服进给系统 Active CN110554659B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910726948.8A CN110554659B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 一种大行程高精度微纳运动伺服进给系统
PCT/CN2020/091125 WO2021022866A1 (zh) 2019-08-07 2020-05-20 一种大行程高精度微纳运动伺服进给系统及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910726948.8A CN110554659B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 一种大行程高精度微纳运动伺服进给系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110554659A CN110554659A (zh) 2019-12-10
CN110554659B true CN110554659B (zh) 2021-08-31

Family

ID=68737125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910726948.8A Active CN110554659B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 一种大行程高精度微纳运动伺服进给系统

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN110554659B (zh)
WO (1) WO2021022866A1 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110554659B (zh) * 2019-08-07 2021-08-31 山东大学 一种大行程高精度微纳运动伺服进给系统
CN111360555A (zh) * 2020-04-22 2020-07-03 机械科学研究总院海西(福建)分院有限公司 一种适用于大尺寸工件的超精密机床的自动补偿机构
CN111805109A (zh) * 2020-06-23 2020-10-23 贵州民族大学 一种点焊系统
CN112077638B (zh) * 2020-07-29 2021-05-11 山东大学 一种集成液体静压螺母主驱动型丝杠副直线进给单元
CN112379612B (zh) * 2020-09-27 2022-06-03 北京卫星制造厂有限公司 一种多轴耦合协同运动的液相泵系统集成控制系统及方法
CN113110286B (zh) * 2021-03-30 2022-12-30 中国科学院光电技术研究所 一种基于压力反馈的精密间隙控制系统与方法
CN113103161A (zh) * 2021-04-13 2021-07-13 江苏徽创新智能科技有限公司 一种方便调节的电机丝杠行程限位装置
CN113352236B (zh) * 2021-06-28 2023-06-23 北京半导体专用设备研究所(中国电子科技集团公司第四十五研究所) 一种压力控制装置及压力控制方法
CN113579823B (zh) * 2021-08-13 2022-07-15 珠海格力电器股份有限公司 机床进给系统和数控机床
CN113894594B (zh) * 2021-12-08 2022-04-01 山东大学 组合式螺母驱动型液体静压丝杠副、伺服进给系统及方法
CN114195037B (zh) * 2022-02-17 2022-05-10 西安华欧精密机械有限责任公司 一种双层滚珠丝杠电动缸
CN115319519A (zh) * 2022-09-15 2022-11-11 上海诺倬力机电科技有限公司 一种精密机床直线轴运动机构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1956106A (zh) * 2006-08-18 2007-05-02 许宏 一种大行程精密工件台装置与驱动方法
CN102001016A (zh) * 2010-11-04 2011-04-06 路文忠 电液伺服泵控制的数字式超精多功能静压丝杠
CN104714485A (zh) * 2015-02-12 2015-06-17 山东大学 一种新型高精度微量进给伺服系统及控制方法
CN108788878A (zh) * 2018-05-04 2018-11-13 青岛科技大学 一种螺母驱动型静压丝杠副

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5411978B2 (ja) * 2012-06-04 2014-02-12 ファナック株式会社 ボールネジの伸縮量を補正する機能を備えたサーボ制御装置
CN110554659B (zh) * 2019-08-07 2021-08-31 山东大学 一种大行程高精度微纳运动伺服进给系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1956106A (zh) * 2006-08-18 2007-05-02 许宏 一种大行程精密工件台装置与驱动方法
CN102001016A (zh) * 2010-11-04 2011-04-06 路文忠 电液伺服泵控制的数字式超精多功能静压丝杠
CN104714485A (zh) * 2015-02-12 2015-06-17 山东大学 一种新型高精度微量进给伺服系统及控制方法
CN108788878A (zh) * 2018-05-04 2018-11-13 青岛科技大学 一种螺母驱动型静压丝杠副

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于液体静压丝杠与液体静压导轨的超精密运动系统研究;赖志锋;《中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊)工程科技I辑》;20170215(第2期);正文第25-31页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110554659A (zh) 2019-12-10
WO2021022866A1 (zh) 2021-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110554659B (zh) 一种大行程高精度微纳运动伺服进给系统
CN110554662A (zh) 一种大行程高精度微量控制伺服进给系统及控制方法
TWI534570B (zh) Synchronous control device
CN104714485B (zh) 一种新型高精度微量进给伺服系统及控制方法
CN110549151B (zh) 一种履带导轨驱动微量进给伺服系统及同步控制方法
CN101414185B (zh) 精密伺服线性驱动系统性能试验装置
CN102889272B (zh) 一种压电-电液混合驱动臂及其控制方法
CN1956106B (zh) 一种大行程精密工件台装置与驱动方法
US10507532B2 (en) Chuck for a high precision machine tool
CN101386141A (zh) 一种混合直线回转快速刀具伺服装置
CN107179783B (zh) 一种双驱动同步跟踪旋转运动控制装置与方法
CN104269191B (zh) 液压伺服系统与压电陶瓷驱动器共同驱动的并联机构
US20220203601A1 (en) Double-sided transcription type sheet/film forming roll apparatus and double-sided transcription type sheet/film forming method
CN115194737A (zh) 差动式六自由度并联微动平台
CN109940566B (zh) 一种平面直线位移驱动装置及其控制方法
Dong et al. Development of a high-speed 3-axis machine tool using a novel parallel-kinematics XY table
Fujita et al. Dynamic characteristics and dual control of a ball screw drive with integrated piezoelectric actuator
TW201426229A (zh) 控制裝置、控制方法及位置命令補償方法
CN1216718C (zh) 多轴式工具机的并联式机构装置
JP2000176761A (ja) 垂直軸直動機構
CN204087810U (zh) 液压伺服系统与压电陶瓷驱动器共同驱动的并联机构
CN113894594B (zh) 组合式螺母驱动型液体静压丝杠副、伺服进给系统及方法
CN102583229A (zh) 面向微结构制造具有力反馈控制的微探针刻划加工方法
CN111610753B (zh) 一种双直线电机差动微进给伺服系统及控制方法
CN109129427A (zh) 一种双五杆机构驱动的平面并联机构装置与控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant