CN111687683B - 一种利用张力控制消除双驱机构背隙的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用张力控制消除双驱机构背隙的方法，所述设定张力值大于一目标张力值并小于所述目标张力值的两倍，所述目标张力值为其中任意一驱动件驱动负载刚开始移动时所对应的轴向负载率；通过所述控制器控制其中第一驱动件驱动所述负载移动，并实时监测第一驱动件与第二驱动件的轴向负载率；当第一驱动件的轴向负载率与第二驱动件的轴向负载率两者的差值与所述设定张力值相等时，停止第一驱动件，即完成了张力控制，实现了背隙消除。本发明能够快速的、完全的消除双驱机构运动的背隙，实现无间隙的精准运动控制。

Description

一种利用张力控制消除双驱机构背隙的方法

【技术领域】

本发明涉及数控机床控制技术领域，尤其是涉及一种利用张力控制消除双驱机构背隙的方法。

【背景技术】

在数控机床上面，有一种由于负载较大，需要用两个驱动件同时控制单一方向运动的情境。这种机构负载大，通常使用齿轮齿条结构，背隙较大，因此，需要对其背隙进行消除。现有消除背隙的方法是利用千分表或者百分表或光栅传感器测量机构换向时的间隙，将量测出来的背隙值输入至控制器中，让控制器进行补偿。此方法需要人工操作，且需要借助千分表或者百分表或光栅传感器才可以测量，存在着测量误差，无法百分之百达到无间隙的运动控制，背隙消除效率低。

因此，有必要提供一种新的利用张力控制消除双驱机构背隙的方法来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种利用张力控制消除双驱机构背隙的方法，能够快速的、完全的消除双驱机构运动的背隙，实现无间隙的精准运动控制。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种利用张力控制消除双驱机构背隙的方法，其包括以下步骤：

其包括以下步骤：在所述控制器中设置一设定张力值，所述设定张力值大于一目标张力值并小于所述目标张力值的两倍，所述目标张力值为其中任意一驱动件驱动负载刚开始移动时所对应的轴向负载率；通过所述控制器控制其中第一驱动件驱动所述负载移动，并实时监测第一驱动件与第二驱动件的轴向负载率；当第一驱动件的轴向负载率与第二驱动件的轴向负载率两者的差值与所述设定张力值相等时，停止第一驱动件，即完成了张力控制，实现了背隙消除。

进一步的，所述目标张力值的测量方法为：通过所述控制器启动第一驱动件与第二驱动件其中的一个正转或反转，监测所述负载是否移动，当监测到所述负开始移动时，停止驱动件，同时所述控制器记录有若干轴向负载率，其中最大的一个轴向负载率即为所述目标张力值。

进一步的，监测所述负载是否移动可采用光栅传感器监测或根据电机编码器的位置反馈判断。

进一步的，所述在所述控制器中设置一设定张力值，其包括以下步骤：

1)张力控制轴站号设置：

11)将第一驱动件输出轴之主动轴与第二驱动件输出轴之从动轴的正转的方向设置一致；

12)在控制器中设定主动轴与从动轴所对应的站号，并设定可通过关机断电让站号参数生效；

2)测量目标张力值：先在控制器中关闭张力控制对应的旗标C137，以预设速度移动张力控制第一驱动件的主动轴，负载正反两方向移动时，控制器记录主动轴的最大轴向负载率即为目标张力值；

3)设定张力值Pr2903：取一大于所述目标张力值并小于所述目标值的两倍的数值，设定到Pr2903参数中即为设定张力值；

4)启动张力控制。

进一步的，所述步骤3)设定张力值Pr2903还可以是：取所述目标张力值的1/10为Pr2903，然后逐步提升Pr2903，直到所述负载移动为止，此时提升后的Pr2903数值即为设定张力值。

与现有技术相比，本发明一种利用张力控制消除双驱机构背隙的方法的有益效果在于：能够快速的、完全的消除双驱机构运动的背隙，实现无间隙的精准运动控制。具体的，通过将其中一个驱动件按照设定的速度驱动负载移动，并同时通过控制器记录负载刚开始运动时的轴向负载率记作目标张力值，然后取一小于两倍目标张力值且可带动负载移动的负载率值作为设定张力值；在双驱机构启动时或换向驱动时，先启动其中一个驱动件，然后当两个驱动件轴向负载率差值等于设定张力控制参数值时，停止该驱动件即可完成背隙消除；然后再同步启动两个驱动件进行驱动；该方法可在控制器中设定成一个固有功能，当需要的时候，启动控制器中该功能对应的旗标即可启动背隙消除功能，有助于在数控加工过程中消除双驱机构的背隙，从而保障了加工精度。

【附图说明】

图1为本发明实施例的控制原理动作流程示意图；

图2为本发明实施例的另一情形下的控制原理动作流程示意图；

【具体实施方式】

实施例：

本实施例为一种利用张力控制消除双驱机构背隙的方法，其包括以下步骤：

1)提供一控制系统，所述控制系统包括控制器、受所述控制器控制的第一驱动件与第二驱动件，所述第一驱动件与所述第二驱动件驱动同一负载，所述负载上设置有一对齿条，其中一条齿条与所述第一驱动件输出轴之主动轴上的齿轮啮合传动，另一齿条与第二驱动件输出轴之从动轴上的齿轮啮合传动；

2)在所述控制器中设定张力值Pr2903；

3)先启动第二驱动件按照预设的速度控制从动轴移动，当所述控制器实时监测的第二驱动件的从动轴的轴向负载率与第一驱动件的轴向负载率两者的差值与设定张力值Pr2903相等时，停止第二驱动件，即完成了张力控制，实现了背隙消除；

4)然后再同时启动第一驱动件与第二驱动件驱动同步驱动负载移动。

步骤2具体包括：

21)张力控制轴站号设置：

211)将主动轴与从动轴正转的方向设置一致：先确认机构安装方向正确，然后设置轴向驱动件运动方向，在控制器中将轴向驱动件运动的方向设置成参数Pr41，若Pr41为0，则两个驱动件运动的方向同向；若Pr41为1，则两个驱动件运动的方向反向；

212)将张力控制中，主动轴对应的站号设到Pr2901，从动轴对应的站号设到Pr2902，然后先将Pr2903和Pr2904设为0，再将控制器断电重开；本步骤主要是在控制器中设定主动轴与从动轴所对应的站号，并设定可通过关机断电让站号参数生效；

参数编号说明表

参数Pr2901与Pr2902用来设定在张力控制耦合中，主动轴与从动轴所对应的轴卡端口号码。

参数Pr2903代表张力控制中设定张力值。在C137开启状态下，从动轴会进行位置命令的补偿，直到从动轴负载率与主动轴负载率的差值等于设定张力值为止。若参数Pr2903设定为正值，则机台会以向外张开的方式消除背隙；若参数Pr2903设定为负值，则机台会以向内压的方式消除背隙。

参数Pr2904用于设定当主动轴与从动轴之间有负载率差时，从动轴补偿量与此负载率差的比值。

22)测量目标张力值：

先在控制器中关闭张力控制，其对应的旗标为C137，以预设速度移动张力控制的第一驱动件的主动轴，齿条正反两方向移动时，利用控制器记录若干主动轴的轴向负载率，其中最大的轴向负载率即为目标张力值，可参考PLC状态中的R值5151～5166；可配合光栅传感器监测齿条移动或利用电机编码器的位置反馈判断齿条移动；

23)设定张力值Pr2903：

将步骤22)所记录的轴向负载率中的最大值作为张力参考值，取该张力参考值的1/10设定到Pr2903参数中，Pr2904建议先设定为10；

24)启动张力控制：

on C137启动张力控制，确认机台不会发生异常的抖动情形；

25)提升张力控制精度：先off C137关闭张力控制，然后按照设置的增益参数Pr2904逐次提升Pr2903数值，然后重复步骤24)，建议以步骤23)的张力参考值的两倍、三倍逐次提升，直到设定为张力参考值的10倍(10倍即代表以预设速度运动下的负载率)；

26)测试张力控制成效：完成上述参数设定后，按压Reset然后on C137启动张力控制功能，并测量此时背隙是否被消除(可用千分表量测重复定位精度)，若背隙没有明显消除时，则逐次提升Pr2904的数值再重新量测。

本实施例中，将第一驱动件的驱动轴称为主动轴M，第二驱动件的驱动轴称为从动轴S；为了更加清晰的了解本实施例方案，以下对本方案的动作进行原理性的说明：

请参照图1，当Pr2903>0时：

1)由于主从动轴还没到达Pr2903设定的张力值，又由于Pr2903为正，因此从动轴会先往正向移动，此时从动轴力矩Ts>0。

2)继续往正向移动后，从动轴会碰触到齿条，齿条会给予从动轴一个负向的外力矩，从动轴为了继续带齿条往正向移动，正向的力矩会增大。

3)齿条碰到主动轴，会给予主动轴一个正向的外力矩，为了抵抗正向外力矩，此时主动轴的力矩会负向慢慢增加，最后Ts-Tm达到Pr2903而完成张力控制。

请参照图2，当Pr2903<0时：

1)由于主从动轴还没到达Pr2903设定的张力值，又由于Pr2903为负，因此从动轴会先往负向移动，此时从动轴力矩Ts<0。

2)继续往负向移动后，从动轴会碰触到齿条，齿条会给予从动轴一个正向的外力矩，从动轴为了继续带齿条往负向移动，负向的力矩会增大。

3)齿条碰到主动轴，会给予主动轴一个负向的外力矩，为了抵抗负向外力矩，此时主动轴的力矩会正向慢慢增加，最后Ts-Tm达到Pr2903而完成张力控制。

本实施例中，轴负载率与张力值实质含义相同，只是单位不同，假设齿条移动时对应的轴向负载率为30％，说明一个电机要带动负载机构移动需要输入额定扭力的30％的力。所以当从动轴电机碰到齿条之前，负载率肯定小于30％，当碰到齿条时，齿条给了电机一个阻力，电机需要提高扭力(也就是负载率会提高)，当负载率达到30％时，即可以带动齿条运动了。当从动轴带动齿条运动后，齿条会碰到主动轴，主动轴就会有一个与从动轴方向相反的扭矩，也就是也有了一个负载率；所以可把张力值设到40％即可以保证从动轴带动机构运动且使机构碰到了主动轴，但是并不会让主动轴运动，因为主动轴只受到了5％((40％-30％)/2)的负载率。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.利用张力控制消除双驱机构背隙的方法，其特征在于：其包括以下步骤：在控制器中设置一设定张力值，所述设定张力值大于一目标张力值并小于所述目标张力值的两倍，所述目标张力值为其中任意一驱动件驱动负载刚开始移动时所对应的轴向负载率；通过所述控制器控制其中第一驱动件驱动所述负载移动，并实时监测第一驱动件与第二驱动件的轴向负载率；当第一驱动件的轴向负载率与第二驱动件的轴向负载率两者的差值与所述设定张力值相等时，停止第一驱动件，即完成了张力控制，实现了背隙消除；

所述在所述控制器中设置设定张力值，其包括以下步骤：

1)张力控制轴站号设置：

11)将第一驱动件输出轴之主动轴与第二驱动件输出轴之从动轴的正转的方向设置一致；

12)在控制器中设定主动轴与从动轴所对应的站号，并设定可通过关机断电让站号参数生效；

2)测量目标张力值：先在控制器中关闭张力控制对应的旗标C137，以预设速度移动张力控制第一驱动件的主动轴，负载正反两方向移动时，控制器记录主动轴的最大轴向负载率即为目标张力值；

3)设定张力值Pr2903：取一大于所述目标张力值并小于所述目标张力 值的两倍的数值，设定到Pr2903参数中即为设定张力值；

4)启动张力控制。

2.如权利要求1所述的利用张力控制消除双驱机构背隙的方法，其特征在于：所述目标张力值的测量方法为：通过所述控制器启动第一驱动件与第二驱动件其中的一个正转或反转，监测所述负载是否移动，当监测到所述负载 开始移动时，停止驱动件，同时所述控制器记录有若干轴向负载率，其中最大的一个轴向负载率即为所述目标张力值。

3.如权利要求2所述的利用张力控制消除双驱机构背隙的方法，其特征在于：监测所述负载是否移动可采用光栅传感器监测或根据电机编码器的位置反馈判断。

4.如权利要求1所述的利用张力控制消除双驱机构背隙的方法，其特征在于：所述步骤3)设定张力值Pr2903还可以是：取所述目标张力值的1/10为Pr2903，然后逐步提升Pr2903，直到所述负载移动为止，此时提升后的Pr2903数值即为设定张力值。

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