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高频响大行程高精度微进给装置制造方法及图纸

技术编号:874689 阅读:191 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
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。(*该技术在2015年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。本专利技术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。本专利技术高频响、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。本专利技术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×+Ui(n-1)=Kp×e(n)+K1×Ki×e(n)+Kd×+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为本专利技术执行机构结构示意图。图2为本专利技术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为本专利技术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为本专利技术控制系统控制软件流程图。图5为本专利技术实施例1结构示意图。图6为本专利技术实施例2结构示意图。图7为本专利技术实施例3结构示意图。图8为本专利技术实施例4结构示意图。 结合附图说明实施例如下实施例1图5是本专利技术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是本专利技术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,本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:王先逵吴丹刘金凌冯之敬邓中亮刘成颖张静荣
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:11[中国|北京]

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