5米精密丝杠磨床传动链误差补偿技术.pdfVIP

第9 卷 第 3 期 19 9 4 年 9 月 湖 北 工 学 院 学 报 Jo ur n a l of H曲ei Ins tit以 e of Te e hn o lo g y V o l . 9 N o . 3 S e P . 1 9 9 4 5 米精密丝杠磨床传动链误差补偿技术 冯夏勇 陈万领 陈卓宁 宾鸿赞 (华中理工大学) 摘 要 本文对 5 米精密丝杠磨床传动链误差实时钡(量与补偿控制方法进行了研究 . 硬件上用 80 98 单片机作为控制器 , 软件上用数字比相法对传动链误差进行测控 , 从而提高加工精度 . 关键词 误差补偿 ;精密丝杠磨床 ; 8 098 单片机 0 己1 . 参 ~ J . ‘二J 在数控机床 、 精密仪器仪表和各种机械设备中 , 精密丝杠副通常是确定线性位移精度的 主要部件 . 精密丝杠加工精度的高低直接影响到机械设备整机的性能 . 在国内 , 精密丝杠副 的加工技术还远不能满足目前经济发展的需要 , 特另lJ是高精度长丝杠加工的实用化技术尚 有待进一步研究 . 鉴于这种情况 , 许多企业只得靠进口精密丝杠副来满足需求 . 然而进口精 密丝杠副价格非常贵 , 例如一根 5 米 D 级精度滚珠丝杠价格为几万美元 . 完全依赖进口 , 产 品成本就会上升 . 因此如何提高精密长丝杠副的加工精度是当前机械行业急待解决的一个 关键间题 . [1] 提高精密长丝杠副的加工精度有许多种方法 , 早期的研究是依靠机械校正尺补偿机构 实现补偿控制 . 近年来 , 随着微型计算机技术的迅猛发展 , 基于微型计算机的误差补偿技术 正在得到广泛的应用 . 我们在已有研究成果的基础上 , 向 5 米长精密丝杠磨床的补偿控制方 法作了进一步的探讨 在本文的研究中 , 我们采用 8 09 8 单片机 , 对南京工艺装备制造厂 5 米 丝杠磨床进行技术改造 , 实现传动链误差自动补偿 . 1 补偿方案框图及原理 1. 1 系统构成框图 系统构成见图 1 . 收稿日期 19 9 4一 06一 3 0 冯夏勇 男 1 9 6 5年生 硕士研究生 武汉 华中理工大学机械科学与工程学院 4 3 0 0 7 4 湖 北 工 学 一 院 学 报 一九九四年 玄蔽戈 卜甲叹〕巴竺到 卜t , 代犷二 吐老幻 图 1 传动链运动误差补偿系统 该系统以圆光栅作为圆周基准元件 , 圆光栅的刻线为 2 1 6 0 0 /圈 , 经二倍频或四倍频可 获得相当高密度的条纹数 . 以感应同步器为直线方向基准元件 , 由 8 0 9 8 测控部分测得传动 链的运动误差 , 再由功放电源带动步进电机驱动误差补偿机构工作 . 1 · 2 809 8 单片机 80 98 单片机作为本系统控制核心 , 与传统的 T P80 1单板机相比 , 具有 ‘‘ 三高 ” 的优势 , 即 高可靠性 、 高抗干扰能力和高性能价格比 . 8 09 8 单片机的主要性能特点图 : 具有十六位处理 器 ;高效的指令系统 ;十位 A / D 转换器 ; p vvM 脉宽调制输出 ;全双 I 串行 口 、 高速输入输出 口 H s l/ H s o 和多用途接 口 P O 、 P Z ; 8 个中断源 ; 二个十六位定时器和一个十六位w 、 D 、 T 监视定时器 、 四个软件定时器 ; 2 56 字节的寄存器阵列和特殊功能寄存器 . L 3 感应同步器 考虑到车间内的噪声及油雾较大 , 丝杠磨床选用感应同步器作为直线方向的位移检测 元件 , 检测丝杠轴向位移信号 . 该信号经放大整形后送 8 0 9 8 单片机 , 作为尺中断信号 . 感应 同步器是利用电磁感应原理把两个平面绕组间的位移量转换成电信号的位移检测元件 , 感 应同步器具有以下特点 : 受机械设备环境条件的影响小 , 抗干扰能力强 , 可在没有恒温控制 与电气环境较恶劣的车间条件下工作 ;精度较高 ;对直线型来说 , 可接长到各种测量需要的 长度 ;工艺性好 , 便于成批生产 ;使用寿命长 , 维护简便 · 由于上述特点 , 感应同步器在本系统的应用场合是合适的 . 在设计中采用了标准式大长 度直线型感应同步器 G Z D 一 1 1 1 5 , 在 115 0m m 内使用不需要接长 , 精度为士 5拼m / m . L 4 多读数头接力测童 由于工艺上的困难 , 一米以上高精度感应同步器还很少见 , 设计中采用多读数头接力测 量来解决行程为几米乃至几十米的大型机床接长问题 . 把读数头和定尺分别固定在床身和 砂轮架上 , 见图 1 . 读数头的安装没有严格的要求 , 即不一定要将绕组间距严格调整到 Zm m , 这一点显著区别于模拟电路相位测量 . 模拟法测量中 , 两对读数头相位必须调准在同相位 上 , 对接