组合式螺母驱动型液体静压丝杠副、伺服进给系统及方法技术方案

本发明专利技术属于超精密加工领域，公开了一种组合式螺母驱动型液体静压丝杠副、伺服进给系统及方法，其中组合式螺母驱动型液体静压丝杠副包括丝杠和组合式液体静压螺母组件；组合式液体静压螺母组件中除连接支架、第一衬套和第二衬套外均可选用标准件，通过调整连接支架、第一衬套和第二衬套的结构尺寸可以最大限度的适配现有液体静压轴承、液体静压丝杠副和空心电机等实际产品。本发明专利技术解决了现有螺母主驱动型液体静压丝杠副技术存在的结构复杂、加工成本高等问题。本高等问题。本高等问题。

【技术实现步骤摘要】
组合式螺母驱动型液体静压丝杠副、伺服进给系统及方法


[0001]本专利技术属于超精密加工领域，具体公开了一种组合式螺母驱动型液体静压丝杠副、伺服进给系统及方法。

技术介绍

[0002]超精密加工技术已经成为国防与高新技术发展的关键技术，随着高科技产品对零部件的加工精度要求不断提高，超精密机床需要满足更为严苛的性能指标。实现超精密加工技术的瓶颈之一是如何在加工过程中使刀具或工件实现精确、均匀的微量进给控制。常规的机电传动系统由于受到低速爬行现象的影响很难适用于微纳级分辨率的微量进给，当前微纳尺度位移多是基于智能材料的电、磁、热、光、声致效应等驱动实现的。
[0003]现有技术文献中，专利技术专利CN104714485B：《一种微型高精度微量进给伺服系统及控制方法》中提出了双驱动丝杠副高精度微量进给伺服系统，可实现超精密、高精度加工中的精确微小位移控制，但受限于滚珠丝杠副自身滚珠不均匀性、滚道螺旋几何误差以及滚道表面粗糙度等缺陷因素，精度较难达到纳米级精度。
[0004]再有，专利技术专利CN108788878A：《一种螺母驱动型静压丝杠副》与专利技术专利CN112077638B：《一种集成液体静压螺母主驱动型丝杠副直线进给单元》中均提出了螺母主驱动型的液体静压丝杠副方案，液体静压丝杠副由于丝杠与静压丝杠螺母之间通过液体油膜支撑，具有低摩擦、高刚度、高精度以及阻尼好等优越特性，虽然可解决专利技术专利CN104714485B所存在的不足，但专利技术专利CN108788878A与专利技术专利CN112077638B所提出的技术实现方案无法利用现有的静压轴承与静压丝杠螺母产品进行实现，均需要对其使用的静压轴承与静压丝杠螺母重新设计加工，加工工艺较为复杂，制造成本及后期使用维护成本较高。
[0005]在专利技术专利CN104714485B中公开了一种滚珠丝杠副的双驱动高精度微量进给控制方法。然而，液体静压丝杠副与滚珠丝杠副传动机理有明显区别，双驱液体静压丝杠副组成的大行程超精度微量进给系统是一个多变量、强耦合性、强非线性的受控对象，在进行超精密加工进给时，液体静压丝杠副自身存在的螺距误差、同轴度误差以及在不同转速下各液体支撑油膜中不断变化的阻尼等干扰因素都给大行程、超精密的微纳级分辨率的微量进给控制进给带来巨大挑战。常规的基于模型的运动控制方法对模型的依赖性较强，设计过程较为复杂且无法充分发挥出双驱液体静压丝杠副超精密进给时的优势，特别是对未知加工任务以及模型不确定性的适应性非常有限，难以应对复杂多变的超精密加工场景。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种组合式螺母驱动型液体静压丝杠副、伺服进给系统及方法；一方面解决了现有螺母主驱动型液体静压丝杠副技术存在的结构复杂、加工成本高等问题；另一方面解决现有双驱丝杠副差速微进给技术控制方法简化的数学模型无法精确描述大行程、高精度进给系统运动特性以及多种干扰因素
造成的控制效果恶化等问题，实现微纳运动伺服进给系统的超精密控制。
[0007]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述问题：第一方面，本专利技术提出了一种组合式螺母驱动型液体静压丝杠副，包括丝杠和组合式液体静压螺母组件；所述的组合式液体静压螺母组件包括双锥液体静压轴承、第一衬套、第二衬套、空心电机、连接支架、密封圈、液体静压丝杠螺母；液体静压丝杠螺母与丝杠配合，在液体静压丝杠螺母的外圈中部设有法兰盘；法兰盘一侧与第一衬套相连，另一侧与第二衬套相连；双锥液体静压轴承安装在第一衬套的外圈与第一衬套配合，两者之间具有缝隙；且双锥液体静压轴承的外圈固定在连接支架上，连接支架、双锥液体静压轴承外圈以及第一衬套形成密闭空间，在第一衬套的外圈设有排油槽，其与双锥液体静压轴承内圈形成排油通道；所述第二衬套与空心电机转子固连；空心电机定子与连接支架固连。
[0008]作为进一步的技术方案，所述的第一衬套、第二衬套的内圆周面均加工有圆弧凹槽。
[0009]作为进一步的技术方案，所述的第二衬套与编码器码盘轴套固连；编码器码盘与编码器码盘轴套固连。
[0010]作为进一步的技术方案，读数头支架通过螺栓长孔与空心电机定子固连，读数头支架通过安装孔与编码器读数头固连。
[0011]第二方面，本专利技术还提供了一种大行程高精度伺服进给系统，包括前面所述的组合式螺母驱动型液体静压丝杠副；还包括伺服电机、第一控制模块、第二控制模块、智能决策模块、位移检测装置、测距装置和工作台；丝杠的两端与液体静压轴承相连，液体静压轴承通过轴承支座支撑；伺服电机驱动所述丝杠；伺服电机通过第一控制模块控制；空心电机通过第二控制模块控制；测距装置安装在液体静压丝杠螺母中实时测得丝杠与螺母之间的油膜厚度；位移检测装置实时检测工作台移动的位置信息；测距装置、位移检测装置与智能决策模块相连，智能决策模块与第一控制模块、第二控制模块相连。
[0012]第三方面，本专利技术还提供了一种大行程高精度伺服进给系统的控制方法，包括以下步骤：测距装置将实时测得的丝杠与螺母之间的油膜厚度发送给智能决策模块；位移检测装置将实时检测的工作台移动的位置信息发送给智能决策模块；智能决策系统根据实时采集的信号，将动作指令发送至第一控制模块和第二控制模块；第一控制模块和第二控制模块控制相应的电机动作；同时测距装置和位移检测装置再次将实时测得的油膜厚度和工作台移动的位置信息发送给智能决策模块；智能决策模块判断油膜厚度和工作台的位置信息是否已达设定要求，若是，则将停止指令发送至第一控制模块和第二控制模块，相应电机不再动作；若否，则继续将动作指令发送至第一控制模块和第二控制模块；第一控制模块和第二控制模块控制相应的电机动作，直到达到设定要求。
[0013]作为进一步的技术方案，所述的智能决策系统的构建过程如下：步骤1初始化进给平台进给状态，设定的微进给速度V
Aim、
丝杠初始速度为V
s、
螺母电机初始速度V
n
=V
s
‑
V
Aim
、且V
n
大于进给系统不可回避、非线性的回转爬行速度V
c
；步骤2进给平台运动至第一状态量S(t)；步骤3将当前状态S(t)输入到Actor网络，Actor网络使用策略梯度进行策略选择
获得期望动作A(t)；根据动作指令调整ΔV
s
(t)与ΔV
sn
(t)；其中，ΔV
s
(t)∈[－V
small
，V
small
]；其中V
small
为在双驱液体静压丝杠副双驱差动超精密进给时对丝杠电机V
s
微调整的最大值；ΔV
sn
(t) ∈[0,V
max
‑
V
s
]，V
max
为丝杠电机或螺母电机可达到的最大速度；步骤4：进给平台执行动作A(t)，获得奖励值R(S（t）、A（t）)，到达位置反馈模块与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.组合式螺母驱动型液体静压丝杠副，其特征在于，包括丝杠和组合式液体静压螺母组件；所述的组合式液体静压螺母组件包括双锥液体静压轴承、第一衬套、第二衬套、空心电机、连接支架、密封圈、液体静压丝杠螺母；液体静压丝杠螺母与丝杠配合，在液体静压丝杠螺母的外圈中部设有法兰盘；法兰盘一侧与第一衬套相连，另一侧与第二衬套相连；双锥液体静压轴承安装在第一衬套的外圈与第一衬套配合；且双锥液体静压轴承的外圈固定在连接支架上，连接支架、双锥液体静压轴承外圈以及第一衬套形成密闭空间，在第一衬套的外圈设有排油槽，其与双锥液体静压轴承内圈形成排油通道；所述第二衬套与空心电机转子固连；空心电机定子与连接支架固连。2.如权利要求1所述的组合式螺母驱动型液体静压丝杠副，其特征在于，所述的第一衬套、第二衬套的内圆周面均加工有圆弧凹槽。3.如权利要求1所述的组合式螺母驱动型液体静压丝杠副，其特征在于， 所述的第二衬套与编码器码盘轴套固连；编码器码盘与编码器码盘轴套固连。4.如权利要求1所述的组合式螺母驱动型液体静压丝杠副，其特征在于，还包括读数头支架，读数头支架通过螺栓长孔与空心电机定子固连，读数头支架通过安装孔与编码器读数头固连。5.一种伺服进给系统，其特征在于，包括权利要求1
‑
4任一所述的组合式螺母驱动型液体静压丝杠副。6.如权利要求5所述的伺服进给系统，其特征在于，还包括伺服电机、第一控制模块、第二控制模块、智能决策模块、位移检测装置、测距装置和工作台；丝杠的两端与液体静压轴承相连，液体静压轴承为丝杠提供支撑；伺服电机驱动所述丝杠；伺服电机通过第一控制模块控制；空心电机通过第二控制模块控制；测距装置安装在液体静压丝杠螺母中实时测得丝杠与螺母之间的油膜厚度；位移检测装置实时检测工作台移动的位置信息；测距装置、位移检测装置与智能决策模块相连，智能决策模块与第一控制模块、第二控制模块相连。7.如权利要求6所述的伺服进给系统的控制方法，其特征在于：测距装置将实时测得的丝杠与螺母之间的油膜厚度发送给智能决策模块；位移检测装置将实时检测的工作台移动的位置信息发送给智能决策模块；智能决策系统根据实时采集的信号，将动作指令发送至第一控制模块和第二控制模块；第一控制模块和第二控制模块控制相应的电机动作；同时测距装置和位移检测装置再次将实时测得的油膜厚度和工作台移动的位置信息发送给智能决策模块；智能决策模块判断油膜厚度和工作台的位置信...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯显英，刘延栋，苏哲，李慧，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：