線性傳動的全閉環(huán)高精度解決方案

線性傳動的全閉環(huán)高精度解決方案

—絲桿滑臺的高精度改造[收?本-)[查看我的收丁]眾所周知，傳統(tǒng)的線性運動多是旋轉(zhuǎn)運動通過一定的傳動變換機構(gòu)轉(zhuǎn)化成直線運動的，中間經(jīng)過了各種傳動環(huán)節(jié)，因此系統(tǒng)的定位精度就要考慮旋轉(zhuǎn)運動的精度、傳動機構(gòu)的精度、安裝誤差、系統(tǒng)磨損等對系統(tǒng)精度產(chǎn)生影響的因素。目前國際國內(nèi)的解決方案高端的采用直驅(qū)直線電機，中端和低端的采用研磨級精密絲桿、低彈性形變的皮帶、精度級別高的齒條等來盡量降低系統(tǒng)傳動環(huán)節(jié)帶來的精度損失。高端直驅(qū)直線電機有速度高、加速度高、定位精度高、無背隙等傳統(tǒng)傳動型線性運動無法達到的高性能，但是由于直線電機系統(tǒng)的核心技術(shù)基本被國外發(fā)達國家掌握和控制。雖然國內(nèi)有幾家公司也開始做直線電機，但是大部分僅僅是做電機本體，位移傳感器和伺服控制器依然需要依賴進口。因此直線電機系統(tǒng)的整體價格依然高居不下，使之真正成了高端敢問而不敢用的產(chǎn)品。加上現(xiàn)在國家稀土戰(zhàn)略管制，直線電機本體也慢慢的失去了價格優(yōu)勢。整個系統(tǒng)的價格逐步向上攀升。正是由于價格高，很多核心組件需要依賴進口，使整個市場的消費量與傳統(tǒng)伺服產(chǎn)品有相當大的差距，整體處于疲軟狀態(tài)。要想從根本上解決直線電機系統(tǒng)大面積推廣的問題，必須從三方面下手：一是進行省稀土材料的直線電機的設(shè)計，這需要直線電機廠家具有先進的設(shè)計工具和創(chuàng)新的設(shè)計思路，盲目的照搬照抄國外的，最多也僅僅賺個勞動力成本的差價;二是高性能位移傳感器的國產(chǎn)化，只有自己掌握了核心技術(shù)，才能打破國際廠商的壟斷，才能設(shè)計符合我國國情的高性價比產(chǎn)品；三是伺服控制器的國產(chǎn)化，其實在國內(nèi)做變頻器的廠家較多，由變頻轉(zhuǎn)向伺服相對比較容易，只是軟件上的算法是衡量整個伺服控制器性能優(yōu)劣的關(guān)鍵，在硬件上大家基本都差不多。因此算法的基礎(chǔ)研究和深入吸收是做好國產(chǎn)伺服控制器的首先要解決的問題。中端和低端多數(shù)采用傳動方式來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)到現(xiàn)行運動的轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的思路均是在旋轉(zhuǎn)伺服電機后端加編碼器，然后通過各種手段來盡量減少傳動環(huán)節(jié)的精度損失。因此各種精密絲桿、精密皮帶、精密齒條等高精度等級的傳動機構(gòu)相繼推出來滿足設(shè)備的需要。目的就是讓整個系統(tǒng)能達到可預(yù)見的系統(tǒng)精度。然而事實上，這種半閉環(huán)的傳動系統(tǒng)在隨著使用過程中接觸傳動的磨損和系統(tǒng)裝配松動、應(yīng)力變形等誤差源不斷增加的情況下系統(tǒng)的宣稱精度根本無法達到預(yù)期的要求，只能降級使用。原因就在于系統(tǒng)只是半閉環(huán)，最終負載運動的實際情況只能靠傳動機構(gòu)的精度來做大概的預(yù)計。且高精度絲桿、齒條、皮帶等由于加工難度高，價格也高，比如THK和IKO的微米級絲桿動則幾千，還要戰(zhàn)略管制。要想徹底擺脫這種困境，唯有從全新的角度來進行系統(tǒng)的通盤考慮，比如如何實現(xiàn)系統(tǒng)全閉環(huán)，使系統(tǒng)的誤差等級不僅僅是能夠預(yù)計，而是能夠精確測量。再一個就是如何用較低的成本來實現(xiàn)傳統(tǒng)系統(tǒng)的升級，不對原系統(tǒng)做大改動，通過增加有限的組件來實現(xiàn)傳統(tǒng)傳動系統(tǒng)的高精度化。我們都知道機床的數(shù)顯改造，就是僅僅加了光柵數(shù)顯即能實現(xiàn)位移的閉環(huán)顯示，大大提高了傳統(tǒng)手動機床的性能。使加工精度不再僅僅是預(yù)計，更能夠精確測量。本公司線性傳動的全閉環(huán)解決方案即類似于此，有低端的全閉環(huán)數(shù)顯解決方案，也有中高端的全閉環(huán)數(shù)控解決方案。這得益于我們對線性編碼核心技術(shù)的掌握和對系統(tǒng)補差控制算法的深入研究。該全閉環(huán)高精度解決方案不但適用于傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)的性能升級，同樣適用于對傳統(tǒng)開環(huán)步進滑臺系統(tǒng)做性能升級。是填補傳統(tǒng)伺服電機系統(tǒng)與開環(huán)步進電機系統(tǒng)的中間地帶，是一個低成本、高性價比、獨特的伺服化控制解決方案。本解決方案的步進系統(tǒng)繼承了傳統(tǒng)的步進系統(tǒng)的所有優(yōu)點（例如：有靜態(tài)鎖力、低速性能好、大力矩（相同機座型號相對伺服電機而言）、對位置環(huán)的響應(yīng)無延時、價格便宜、免維護），又具有伺服系統(tǒng)的一些優(yōu)點（例如：安全性好、不會失步和過沖、能與上位機進行通迅、加速或減速更迅速、定位精度高）。本解決方案的步進電機除了高速性能和過載性能比不上傳統(tǒng)的伺服電機，其它方面的性能完全可以媲美于伺服電機，甚至有些性能好過伺服電機（例如：靜態(tài)鎖力、與普通光柵尺配合能得到更高和更可靠的定位精度、低速穩(wěn)定性及不需要齒輪減速箱就能獲得低速大力矩…）。由于本解決方案極具性價比，將提供給工業(yè)自動化的設(shè)計和使用者一個更多的選擇，特別是經(jīng)濟型的數(shù)控機床行業(yè)。本解決方案原理簡單，調(diào)試容易，任何人通過使用手冊就能很好的設(shè)置它，不需要專業(yè)的調(diào)試技術(shù)，控制及使用上也與傳統(tǒng)的開環(huán)步進電機系統(tǒng)沒有任何區(qū)別，現(xiàn)有的任何步進電機系統(tǒng)都可以按照本解決方案得到性能升級。經(jīng)廣泛客戶使用，完全能適應(yīng)三軸或多軸聯(lián)動的數(shù)控機床。本解決方案最高可以配合0.001mm分辨率的光柵。完全為多軸聯(lián)動而設(shè)計的，對位置誤差的響應(yīng)是微秒級的，靜態(tài)精度為光柵的正負一個脈沖，動態(tài)精度為光柵的正負2-3個脈沖。在中走絲的線割機上實際試驗，方可以到0.003mm的精度，圓可以到0.005mm的精度。對于使用了本解決方案的機器來說，不管是使用C7級的絲桿還是C3級的絲桿，最終得到的加工精度并沒有多少區(qū)別，但C7與C3級的絲桿的價錢差別卻是巨大