CN1116149A - 高频响大行程高精度微进给装置 - Google Patents
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Abstract
一种高频响、大行程、高精度微进给装置属机床的附属装置。本微进给装置由执行机构和控制系统两部分组成；执行机构由直线运动机构、位置反馈元件所组成，直线运动机构有一个直线运动轴，在轴上安装绕有线圈的框架，该框架处在一个由磁铁产生的磁场内、运动轴的两端支承在轴承上，位置反馈元件为直线位移传感器，控制系统包括计算机、译码及驱动电路、A/D、D/A转换电路、并行接口电路，放大电路。本微进给装置结构简单，运动时摩擦阻力少，所以可以达到高频响和大行程的要求。
Description
本发明涉及机床的进给装置，属机床的附属装置。
微进给装置是精密加工和动态误差补偿控制系统的关键技术。在当今众多的微进给装置中，利用机械传动机构的微进给装置虽然可以具有一定的行程和精度，但其频响很低；压电晶体、电致伸缩、磁致伸缩、弹性变形等微进给装置的频响和精度都很高但其行程很小，因此，它们都不能兼有高频响和大行程的特点。在某些应用场合，如中凸变椭圆活塞的数控车削等，要求微进给装置同时具有高频响、大行程和高精度的特点，如上所述，现有的微进给装置都难以满足这一要求。
本发明的目的是提供一种同时具有高频响和大行程特性的高精度微进给装置。
本发明高频响、大行程、高精度微进给装置由执行机构及控制系统两部分组成，执行机构由直线运动机构，位置反馈元件所组成；直线运动机构有一个直线运动轴(1)(见图1)在运动轴(1)上安装绕有线圈(2)的框架(3)，该框架(3)处在一个由磁铁(4)产生的磁场内，运动轴(1)的两端支承在轴承(5)上，当线圈(2)通过电流时则运动轴(1)即由洛仑兹力的作用而产生直线运动；位置反馈元件为一个直线位移传感器(激光干涉仪或电涡流传感器)(7)，安装在运动轴(1)的一端；用来检测运动轴(1)的实际位移，将位移信号通过接口电路送入控制系统进行位置控制。
当位置反馈元件为激光干涉仪时，控制系统(图2)由并行接口电路(I)、计算机(II)、译码及驱动电路(III)、D/A转换电路(IV)、放大电路(V)组成，并行接口电路(I)采用并行接口芯片8255，用来接收激光干涉仪输出的位置信号并输入计算机，计算机(II)可采用一般的计算机，用来对激光干涉仪的信号进行运算并给出控制信号，译码及驱动电路(III)由三态收发器(74LS245)，译码器(74LS138)，反相器(74LS04)，与门(74LS21，74LS08)及其外围电阻组成。三态收发器与计算机总线相连，以提高计算机系统总线的驱动能力，译码器及门电路进行地址译码，以给出并行接口及D/A转换器的地址，D/A转换电路(IV)由D/A转换芯片(DAC1210)及运放(OP07)组成，用来将计算机输出的数字量控制信号转换成模拟量电压信号，放大电路(V)由运放(L465)，三极管(MJ024，MJ025)及外围电阻组成，运放(L465)将由D/4转换电路(IV)来的电压信号进行前置放大，三极管及其外围电阻组成功率放大电路将前置放大的信号再进行放大，并输出到执行机构(直线运动机构)。整个控制系统工作过程如下：激光干涉仪检测运动轴的实际位移，通过并行接口电路送入计算机中，计算机输出相应的控制信号(数字量)，由D/A转换电路转换为相应的电压，送入放大电路，去驱动执行机构。
当位置反馈元件为电涡流传感器时，控制系统(图3)由A/D转换电路(VI)、计算机(VII)、译码及驱动电路(VIII)、D/A转换电路(IX)、放大电路(X)组成，A/D转换电路(VI)由A/D转换芯片AD574，锁存器8212及其外围电阻组成，从电涡流传感器输出的位置信号经A/D转换后进入锁存器，再经入计算机，计算机(VII)可用一般计算机，译码及驱动电路由三态收发器(74LS245)，译码器(74LS138)，反相器(74LS04)，与门(74LS21，74LS08)及其外围电阻组成。三态收发器与计算机总线相连，以提高计算机系统总线的驱动能力，译码器及门电路进行地址译码，以给出并行接口及D/A转换器的地址，D/A转换电路(IX)由D/A转换芯片(DAC1210)及运放(OP07)组成，用来将计算机输出的数字量控制信号转换成模拟量电压信号，放大电路(X)由运放(L465)，三极管(MJ024，MJ025)及外围电阻组成，运放(L465)将由D/A转换电路(IX)来的电压信号进行前置放大，三极管及其外围电阻组成功率放大电路，将前置放大的信号再进行放大，并输出到执行机构(直线运动机构)。整个控制系统工作过程如下：A/D转换电路接收电涡流传感器输出的模拟电压信号，将它转换为相应的数字信号，送入计算机中，计算机输出相应的控制信号(数字量)，由D/A转换电路转换为相应的电压，送入放大电路，经功率放大后去驱动执行机构。
控制系统的作用是接收位置反馈信号，在此基础上产生控制运动轴运动的控制信号，从而快速、准确地输出所需的运动。
本发明的位置控制采用积分分离的比例积分微分(PID)控制，其方程为：
U(n)＝Kp×e(n)＋ΔUi(n)＋Kd×[e(n)－e(n－1)]＋Ui(n－1)
＝Kp×e(n)＋K1×Ki×e(n)＋Kd×[e(n)－e(n－1)]＋Ui(n－1)其中：
Kp----PID控制器的比例系数
Ki----PID控制器的积分系数
Kd----PID控制器的微分系数
e(n)----第n次采样所得的偏差信号
U(n)----第n次PID控制器输出
Ui(n－1)----第n-1次控制的积分分量
Ui(n－1)＝K1×Ki×e(n－1)＋Ui(n－2)
K1----积分逻辑开关
K1＝1，引入积分作用；
K1＝0，取消积分作用；
位置控制由计算机实现，其工作流程如下(图4)：计算机根据位移的需要得到运动轴要求的位移值，通过接口电路接收位置反馈元件传来的运动轴实际位移信号，然后比较要求位移和实际位移，得到偏差信号，按照前述PID控制律进行计算，给出数字控制电压值，输出到D/A转换器，通过D/A转换器变成相应的模拟电压值，并送入控制系统的放大电路。
整个微进给装置的工作过程可概括如下：计算机根据给定的位置和位置反馈元件给出的实际位置，通过控制软件按前述积分分离的PID控制律进行计算得到控制信号(数字量)，该信号由D/A转换器变成相应的模拟电压信号。该信号经控制系统的放大电路变成控制电流信号。运动轴在控制电流作用下，直接输出直线运动。该运动的位置由位置反馈元件检测，送入计算机中，实现位置的闭环控制。
由于运动轴直接作直线运动，无需机械传动机构，且动子质量小，因而有利于微进给装置获得较高的响应频率和运行速度。
说明附图如下：
图1为本发明执行机构结构示意图。
图2为本发明位置反馈元件采用激光干涉仪时的控制系统电路原理图。
图3为本发明位置反馈元件采用电涡流传感器时的控制系统电路原理图。
图4为本发明控制系统控制软件流程图。
图5为本发明实施例1结构示意图。
图6为本发明实施例2结构示意图。
图7为本发明实施例3结构示意图。
图8为本发明实施例4结构示意图。
结合附图说明实施例如下：
实施例1
图5是本发明微进给装置的实施例1结构示意图。
磁场采用径向磁化方式，永久磁铁(8)成瓦状，沿外软铁(9)内侧周向布置，永久磁铁(8)的磁力线方向为径向。由内软铁(10)，外软铁(9)及磁铁(8)形成磁闭合回路，产生一磁场。绕在框架(11)上的线圈(12)，当通入由控制系统经放大电路传来的电流时，在间隙磁场的作用下，受到一个轴向电磁力。这个力通过框架传给运动轴(13)，使运动轴产生直线运动。运动轴(13)左端采用弹簧(14)支承，右端采用密珠滚动导轨(15)支承。位置反馈元件采用单频激光干涉仪，其动镜(16)固定在运动轴(13)的左端，从激光干涉仪输出的数字位移信号通过I/O并行接口板传给计算机。
实施例2
图6是本发明微进给装置的实施例2结构示意图。
磁场采用径向磁化方式。永久磁铁(18)成瓦状，沿外软铁(19)内侧周向布置，永久磁铁的磁力线方向为径向。由内软铁(20)，外软铁(19)及磁铁(18)形成磁闭合回路，产生一磁场。绕在框架(21)上的线圈(22)，当通入由控制系统经放大电路传来的电流时，在间隙磁场的作用下，受到一个轴向电磁力。这个力通过框架(21)传给运动轴(23)，使运动轴(23)产生直线运动。运动轴(23)左端采用弹簧(24)支承，右端采用密珠滚动导轨(25)支承。位置反馈元件采用电涡流位移传感器(26)，它安装在运动轴(23)左端后盖(17)上，用来检测运动轴(23)的运动位移，该位移信号通过A/D转换器变成数字信号被计算机接收。
实施例3
图7是本发明微进给装置的实施例3结构示意图。
磁场采用轴向磁化方式。永久磁铁(27)为中间空心的圆锥体形，其磁力线方向为轴向。由内软铁(28)，外软铁(29)及磁铁(27)形成磁闭合回路，产生一磁场。绕在框架(30)上的线圈(31)，当通入由控制系统经放大电路传来的电流时，在间隙磁场的作用下，受到一个轴向电磁力。这个力通过框架(30)传给运动轴(32)，使运动轴(32)产生直线运动。运动轴(32)左端采用弹簧(33)支承，右端采用密珠滚动导轨(34)支承。位置反馈元件采用单频激光干涉仪，其动镜(35)固定在运动轴(32)的左端，从激光干涉仪输出的数字位移信号通过I/O并行接口板传给计算机。实施例4
图8是本发明微进给装置的实施例4结构示意图。
磁场采用轴向磁化方式。永久磁铁(36)为中间空心的圆锥体形，其磁力线方向为轴向。由内软铁(37)，外软铁(38)及磁铁(36)形成磁闭合回路，产生一磁场。绕在框架(39)上的线圈(40)，当通入由控制系统经放大电路传来的电流时，在间隙磁场的作用下，受到一个轴向电磁力。这个力通过框架(39)传给运动轴(41)，使运动轴(41)产生直线运动。运动轴(41)左端采用弹簧(42)支承，右端采用密珠滚动导轨(43)支承。位置反馈元件采用电涡流位移传感器(44)，它安装在运动轴(41)左端后盖(45)上，用来检测运动轴(41)的运动位移，该位移信号通过A/D转换器变成数字信号被计算机接收。
本发明高频响、大行程、高精度微进给装置由于执行机构结构简单，运动轴直接作直线运动，无需机构传动机械，且动子质量小，因而有利于微进给装置获得较高的响应频率和运动速度；运动轴采用了密珠导轨滚动支承，故运动部件与固定部件之间摩擦阻尼小，有利于减少摩擦发热，提高系统响应速度，且其摩擦特性恒定，因而有利于系统的控制；采用密珠导轨滚动支承和弹簧支承相结合的支承结构，保证了运动轴运动行程不受支承形式的限制，故具有较大的行程。在位置反馈的基础上，通过采用适当的控制方法，该微进给装置可综合具有高频响、大行程和高精度的特点。
本发明所提供的微进给装置能在满足高精度的条件下，具有高频响和大行程的特点。使用激光干涉仪作位置反馈元件时，性能指标如下：
频 响：200HZ
行 程：2mm
定位精度：±0.3μm
使用电涡流位移传感器作为位置反馈元件时，性能指标如下：
频 响：200HZ
行 程：2mm
定位精度：±2μm
Claims (4)
1、一种高频响、大行程、高精度微进给装置，其特征是由执行机构及控制系统两部分组成，执行机构由直线运动机构、位置反馈元件所组成，所说的直线运动机构有一个直线运动轴，在轴上安装绕有线圈的框架，该框架处在一个由磁铁产生的磁场内、运动轴的两端支承在轴承上；位置反馈元件为一个直线位移传感器，安装在运动轴的一端；控制系统包括计算机、译码及驱动电路、A/D、D/A转换电路、并行接口电路、放大电路。
2、根据权利要求1所说的高频响、大行程、高精度微进给装置，其特征是支承轴承为弹簧及密珠滚动导轨。
3、根据权利要求1、2所说的高频响、大行程、高精度微进给装置，其特征是当位置反馈元件为激光干涉仪时，控制系统由并行接口电路、计算机、译码及驱动电路、D/A转换电路、放大电路所组成，并行接口电路采用并行接口芯片用来接收激光干涉仪输出的信号，并将该信号输入计算机，计算机为一般常用计算机，用来对激光干涉仪的信号进行运算并给出控制信号，译码驱动电路由三态收发器、译码器、反相器，与门及其外围电阻组成，三态收发器计算机总线相连，译码器及门电路进行地址译码以给出并行接口及D/A转换器的地址、D/A转换电路由D/A转换芯片及运放组成，用来将计算机输出的数字量控制信号转换成模拟量电压信号，放大电路由运放，三极管及其外围电阻组成，运放将D/A转换电路来的信号进行前置放大，三极管及其外围电阻组成功率放大电路，将前置放大信号进一步放大，并输出到执行机构。
4、根据权利要求1、2所说的高频响、大行程、高精度微进给装置，其特征是当位置反馈元件为电涡流传感器时，控制系统由A/D转换电路、计算机、译码及驱动电路、D/A转换电路、放大电路组成，A/D转换电路由A/D转换芯片，锁存器及其外围电阻组成，从电涡流传感器输出的位置信号经A/D转换后进入锁存器，再经入计算机，计算机可用一般计算机，译码及驱动电路由三态收发器、译码器、反相器，与门及其外围电阻组成，三态收发器与计算机总线相连，译码器及门电路进行地址译码以给出并行接口及D/A转换器的地址、D/A转换电路由D/A转换芯片及运放组成，用来将计算机输出的数字量控制信号转换成模拟量电压信号，放大电路由运放，三极管及其外围电阻组成，运放将D/A转换电路来的信号进行前置放大，三极管及其外围电阻组成功率放大电路，将前置放大信号进一步放大，并输出到执行机构。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101262971B (zh) * | 2005-09-13 | 2013-08-21 | 罗姆股份有限公司 | 用于使操纵单元运行的方法以及用于执行该方法的装置 |
| CN100526482C (zh) * | 2006-12-27 | 2009-08-12 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种高精度线圈位置自动调整装置及方法 |
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