精密滾珠絲杠補(bǔ)償控制

 滾珠絲杠副是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，高精度精密滾珠絲杠副已被各國列為重點(diǎn)發(fā)展研究產(chǎn)品。如何提高滾珠絲杠的加工精度，尤其是螺距加工精度。由于微型計(jì)算機(jī)、自動(dòng)檢測技術(shù)、智能控制技術(shù)等的飛速發(fā)展，應(yīng)用高新技術(shù)進(jìn)一步提高精密絲杠的加工精度具有重要意義。

 滾珠絲杠副作為一種高效、精密的傳動(dòng)部件，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和各種自動(dòng)化設(shè)備中。機(jī)床、加工中心、精密機(jī)床、精密測量儀器、現(xiàn)代武器裝備和核反應(yīng)堆，以及各種自動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

 誤差補(bǔ)償是一種獲得高精度加工的低成本技術(shù)，同時(shí)也是一項(xiàng)高科技密集型技術(shù)。傳統(tǒng)上，單純通過提高機(jī)床本身的精度來保證越來越精密的零件的加工精度是非常困難的。誤差補(bǔ)償是一種經(jīng)濟(jì)、合理、可行的方式，已在機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)用了數(shù)十年。

 精密長滾珠絲杠的磨削控制，由于是復(fù)雜的非線性時(shí)變系統(tǒng)，工件的螺距誤差受傳動(dòng)鏈誤差、熱變形誤差、力變形誤差、砂輪等多種因素影響磨損和振動(dòng)。建立一個(gè)準(zhǔn)確的影響其影響的數(shù)學(xué)模型是非常困難的。就算能成立，解決起來也很復(fù)雜。因此，傳統(tǒng)的通過磨削機(jī)械校正尺來補(bǔ)償加工誤差的方法已不能滿足高精度絲杠磨削的需要。這迫使我們將復(fù)雜制造過程（如絲杠磨削）的計(jì)算機(jī)輔助控制理論和策略提升到一個(gè)新的水平——非線性誤差的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制階段。

 補(bǔ)償方法的應(yīng)用與誤差測量、反饋校正算法和誤差校正裝置有關(guān)。在常用的線性位移檢測方法中，激光位移測量方法是最準(zhǔn)確的方法之一，但其檢測精度受環(huán)境變化影響較大，且價(jià)格昂貴。螺紋磨床經(jīng)過改造，系統(tǒng)主要由以下三部分組成：

1、測量部分。這部分主要包括：1）由圓形光柵和長光柵組成的傳輸誤差測量系統(tǒng)；2）由電測微計(jì)組成的實(shí)時(shí)熱變形誤差測量系統(tǒng)；3）有溫度測量電路。

2、控制部分。用于控制的微控制器核心組成：1）誤差測量與計(jì)數(shù)、存儲電路；2）A/D轉(zhuǎn)換、補(bǔ)償控制量計(jì)算；3）步進(jìn)電機(jī)控制；4）錯(cuò)誤輸出顯示、打印等功能部件。

3、控制部分。這部分主要包括由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、滾珠絲杠螺母副和補(bǔ)償擺桿組成的機(jī)械校正系統(tǒng)。

系統(tǒng)工作原理：圓光柵和長光柵的輸出信號經(jīng)過放大整形后，輸入控制系統(tǒng)的細(xì)分計(jì)數(shù)測量電路，測量機(jī)床的傳動(dòng)誤差。即時(shí)的感應(yīng)式測量頭通過測量尾座尖端的位移來預(yù)測工件的熱變形誤差。根據(jù)誤差補(bǔ)償控制方法計(jì)算出的控制量輸入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過機(jī)械校正機(jī)構(gòu)使螺紋磨床的內(nèi)螺紋螺母輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，使工作臺產(chǎn)生附加位移，從而上實(shí)現(xiàn)螺距誤差的補(bǔ)償和校正。

 克服了傳統(tǒng)的僅僅將電感測微儀作為傳感器來使用而由微機(jī)系統(tǒng)對其采樣來采取位移變化使系統(tǒng)復(fù)雜性增加的缺點(diǎn)，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了測量精度。儀器自動(dòng)采樣，并根據(jù)不同的測量要求編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件。除數(shù)顯外，還可以通過串口或模擬輸出將測量結(jié)果傳送到上位機(jī)。使測量更加靈活方便。由于控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，這里只分析其他主要功能模塊和最終誤差的PID控制算法。

 由于精密滾珠絲杠是各種機(jī)器和儀器的傳動(dòng)和定位元件，有利于提高滾珠絲杠副的產(chǎn)品質(zhì)量和加工生產(chǎn)率，從而提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，促進(jìn)整個(gè)機(jī)械制造水平普遍提高。誤差補(bǔ)償控制系統(tǒng)可應(yīng)用于其他類型機(jī)械零件（如齒輪、蝸輪等）的加工控制，為提高機(jī)械產(chǎn)品的精度提供了有效途徑。