帶阻力器的精密伺服線性驅動系統性能試驗裝置的製作方法

2024-02-02 23:14:15

專利名稱：帶阻力器的精密伺服線性驅動系統性能試驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種帶阻力器的精密伺服線性驅動系統性能試驗裝置，特 別涉及一種能夠模擬髙檔數控工具機的線性(直線)進給系統工作狀態，在承 受各種工作載荷、工作阻力、速度、加速度等情況下，能夠開展精密伺服旋 轉電機及其控制單元的驅動性能試驗和參數測量，甚至能對相關零部件、某 些關鍵結構進行技術性能以及工作性能指標評定的試驗裝置。
背景技術：
作為裝備製造業核心的數控工具機正向高速、高效、高精度、智能化、復 合化、環保化方向發展。數控工具機的伺服驅動系統一般由驅動控制單元、驅 動單元、機械傳動單元、執行元件和檢測反饋環節等組成。在各種數控機械
裝備當中，除了某些超高速的場合用到AC直線電動機以外，仍大量釆用由 旋轉電機帶動滾珠絲槓轉動，然後由滾珠螺母帶動工作檯等執行構件做直線 運動的伺服驅動方式。
進行伺服驅動系統設計定型過程中，各組成單元的確定原則有所不同。 執行元件和檢測反饋環節如精度、速度、加速度等指標由工作的功能決定， 在設計選型中為自變量。機械傳動單元的選型取決於數控工具機的伺服驅動的 工作性能要求，但一般滾珠絲槓螺母副等機械傳動單元的性能適應域度很 寬，因此只對滾珠絲槓螺母副進行運動性能考核已基本足夠。由於數控工具機 的動作由伺服電機驅動，因此必須按照數控工具機對伺服電機及其伺服驅動控 制單元提出的高要求，進行設計和選型。數控工具機對伺服線性驅動系統的性能要求如下
1. 精度高。為了保證移動部件的位置精度和輪廓加工精度，要求有足夠 的精度，而且在負載或工作阻力變化時有強的抗幹擾能力，能夠保持位置精 確、速度恆定。
2. 響應快。快速響應是伺服系統的動態性能，反映了系統的跟蹤精度， 要求超調量小。目前數控工具機的插補時間都在20ms以下，在如此短的指令 變化時間內，要求伺服電機迅速加減速。
3. 調速範圍寬。目前數控工具機要求進給伺服系統的調速範圍一般是0— 40m/min,有的已達到240m/min。除了滾珠絲槓螺母副和減速器起到減速變
速作用外，伺服電機要有更寬的調速範圍。
4. 大轉矩。工具機高速進給時，能帶動必要的載荷實現加速啟動，停機前 能快速急停。工具機低速切削時，切深和進給量都較大，受到的阻抗力很大。 現代的數控工具機，很多釆用伺服電機與滾珠絲槓聯軸器直聯，這就要求進給 電機能輸出足夠大的轉矩。
5. 伺服剛度高。伺服剛度是指整個伺服系統，在受到扭矩、彎矩、切削 力、慣性力等外載荷的作用下，在規定的方向不產生位置偏差的能力，包括 有靜態伺服剛度和動態伺服剛度。
6. 慣量匹配。移動部件加速和減速時都有較大的慣量，由於要求系統的 快速響應性能好，因而電動機的慣量要與移動部件的慣量匹配，通常要求驅 動電機的慣量不小於所有運動部件的慣量之和。
7. 抗過載能力強。由於電機加減速時要求有很快的響應速度，這時電機 可能在過載的條件下工作，因此要求電機有很強的抗過載能力。通常要求在 數分鐘內過載4一6倍也不損壞。
隨著現代數控工具機的發展，為了實現高精度高效率的加工能力， 一方面 要求伺服驅動系統反應快，快速準確啟停，縮短準備時間；另一方面還要求運動過程平穩，衝擊小，在高速運行時，能實現平滑控制，以防止產生高速 運行中的衝擊和振動。再比如在龍門橫梁移動型高速數控銑床中，當龍門跨 距大於2m時，必須採用雙邊同步系統驅動。對於主軸及主軸箱較重型的機 床，雙邊同步隨動驅動系統釆用主從式交叉反饋原理控制， 一般應使得雙邊
的跟隨誤差小於0. 01mm。因此開展雙邊同步驅動技術試驗同樣有重要現實意 義。
目前，我國伺服驅動系統行業還沒有專門的驅動性能試驗裝置，無法建 立行業標準，難以形成我國自主的伺服系統(含主軸)產品的性能表達和評 價方法。

實用新型內容
本實用新型的目的在於考慮上述問題而提供一種能對驅動系統的工作 性能進行檢測，能夠通過單因素法試驗，驗證各因素對系統綜合技術性能產 生影響的帶阻力器的精密伺服線性驅動系統性能試驗裝置。本實用新型有助 於推動行業標準的建立，有助於形成伺服系統產品的性能表達和評價方法。
本實用新型的技術方案是包括有床腳及支承在床腳上的床身，其中床 身上安裝有主絲杆導軌副及副絲杆導軌副，主伺服電機及副伺服電機分別裝 設在主伺服電機安裝座及副伺服電機安裝座上，並分別通過聯軸器與主絲杆 導軌副及副絲杆導軌副的絲杆連接，工作檯及副工作檯分別裝設在床身的兩 側，驅動工作檯及副工作檯運動的主絲杆導軌副及副絲杆導軌副中的絲杆螺 母固緊在工作檯和副工作檯的下面，工作檯上能安放各種質量大小的載荷， 作為位置反饋傳感器的第一直線位移光柵尺的動子與工作檯固緊，作為位置 反饋傳感器的第二直線位移光柵尺的動子與副工作檯固緊，第一直線位移光 柵尺及第二直線位移光柵尺的信號輸出端與試驗裝置的控制器連接，第一直 線位移光柵尺及第二直線位移光柵尺與上述主驅動單元和副驅動單元分別 組成全閉環精密伺服驅動系統。上述主伺服電機及副伺服電機與聯軸器之間及聯軸器與絲杆之間以及 絲杆與絲杆螺母之間全部經過消除間隙處理。
上述副工作檯上安裝有模擬主軸,模擬主軸上能安裝便於做位置精度測
量的測量基準。
上述副工作檯能與工作檯固定聯結，能進行聯合驅動，或與工作檯脫開 聯結，進行分別驅動控制。 '
上述第一直線位移光柵尺及第二直線位移光柵尺為精密直線位移光柵尺。
上述在試驗臺床身的 一端固定用於模擬切削阻力的阻力器。 上述阻力器為液壓力裝置，或是氣壓力裝置。
上述阻力器由缸簡和活塞組成，缸簡的進油口通過單向閥與油泵連接， 且缸簡的進油口與單向閥之間連接有壓力調壓閥及壓力表。
通過本實用新型裝置，能夠開展精密伺服旋轉電機及其控制單元的驅動 性能試驗和參數測量，並且在各種設定條件下對系統的各組成環節進行技術 性能評定。本實用新型是一種設計巧妙，性能優良，方便實用的帶阻力器的 精密伺服線性驅動系統性能試驗裝置。


圖i為本實用新型的結構示意圖； 圖2為本實用新型阻力器的原理圖。
具體實施方式

實施例
本實用新型的結構示意圖如圖1、 2所示，包括有床腳12及支承在床腳 12上的床身1，其中床身l上安裝有主絲杆導軌副5及副絲杆導軌副9,主 伺服電機8及副伺服電機8A分別裝設在主伺服電機安裝座7及副伺服電機 安裝座7A上，並分別通過聯軸器與主絲杆導軌副5及副絲杆導軌副9的絲
7桿連接，工作檯3及副工作檯IO分別裝設在床身1的兩惻，驅動工作檯3
及副工作檯IO運動的主絲杆導軌副5及副絲杆導軌副9中的絲杆螺母固緊 在工作檯3和副工作檯IO的下面，工作檯3上能安放各種質量大小的載荷4， 作為位置反饋傳感器的第一直線位移光柵尺6的動子與工作檯3固緊，作為 位置反饋傳感器的第二直線位移光柵尺6A的動子與副工作檯IO固緊，第一 直線位移光柵尺6及第二直線位移光柵尺6A的信號輸出端與試驗裝置的控 制器連接，第一直線位移光柵尺6及第二直線位移光柵尺6A與上述主驅動 單元和副驅動單元分別組成全閉環精密伺服驅動系統。選型時根據可能產生 衝擊力的大小選用具備足夠的機械剛性的絲杆導軌副，精度級別與試驗測試 精度相適應。床身l要有足夠的剛性、抗彎性和吸振性；主絲杆導軌副5、 副絲杆導軌副9要具備足夠的機械剛性，工作檯3上可安放各種質量大小的 載荷4，以此模擬所要驅動的工件，伺服電機安裝座作為機械接口可以方便 更換，從而安裝不同被試電機。
上述主伺服電機(8)及副伺服電機(8A)與聯軸器之間及聯軸器與絲 杆之間以及絲杆與絲杆螺母之間全部經過消除間隙處理。
上述試驗裝置的控制器為數字控制器。
本實施例中，上述副工作檯10上還安裝有模擬主軸11，模擬主軸11 上能安裝便於做位置精度測量的測量基準。上述副工作檯10能與工作檯3 固定聯結，進行聯合驅動試驗，或與工作檯3脫開聯結，由主伺服驅動系統 和副伺服驅動單元系統分別驅動控制，進行同步驅動試驗。在模擬主軸上容 易安裝測量基準，便於做位置精度測量；因為在類似於龍門橫梁移動型高速 數控銑床中，當龍門跨距大於2m時，必須釆用雙邊同步系統驅動。對於主 軸及主軸箱較重型的工具機，雙邊同步隨動系統採用主從式交叉反饋原理進行 控制， 一般所控制的跟隨誤差要求小於O. Olmm。
本實施例中，上述第一直線位移光柵尺6及第二直線位移光柵尺6A為精密直線位移光柵尺。
上述在試驗臺床身1的一端固定用於模擬切削阻力的阻力器2。上述阻 力器2為液壓力裝置，或是氣壓力裝置。本實施例中，上述阻力器2由缸簡
和活塞組成，缸簡的進油口通過單向閥14與油泵16連接，且缸簡的進油口 與單向閥14之間連接有壓力調壓閥15及壓力表13。通過壓力調壓閥15預 先設定壓力的大小，從而調節施加在工作檯上阻力的大小。
本實用新型精密伺服線性驅動系統性能試驗裝置的試驗方法，其能進行 如下實驗
1) 在工作檯上安放各種質量大小的載荷的結構，模擬所要驅動的工件，然 後以各種設定的速度和加速度驅動工作檯，通過精確測量工作檯的定位精 度和運行精度，評定伺服系統的性能，進行伺服旋轉電機及其控制單元的 驅動性能試驗和參數測試；
2) 在各種設定條件下對系統的各組成環節進行技術評定，其具體為伺服 驅動系統中的驅動控制單元、機械傳動單元、執行元件和檢測反饋環節不 變的情況下，更換不同的被測伺服電機，從而評定伺服電機產品技術指標， 提供性能表達和評價方法依據。
3) 在上述試驗項目的基礎上，本實用新型精密伺服線性驅動系統性能試驗 裝置可通過阻力器能進行如下實驗
① 工作檯3以工作進給速度推動阻力器活塞，檢測工作檯進給精度；
② 工作檯被伺服鎖死不動，由阻力器活塞施力於工作檯，檢測伺服系 統剛性；
③ 阻力器活塞施加能推動工作檯的最大作用力，檢測伺服系統的最大 輸出推力。
通過本實用新型裝置和上述試驗方法，能夠開展精密伺服旋轉電機及其控制 單元的驅動性能試驗和參數測量，並且在各種設定條件下對系統的各組成環節進行技術評定。例如，伺服驅動系統中的驅動控制單元、機械傳動單元、 執行元件和檢測反饋環節等不變的情況下，而更換不同的被測伺服電機，從 而評定伺服電機產品技術指標，提供性能表達和評價方法依據。
權利要求1、一種帶阻力器的精密伺服線性驅動系統性能試驗裝置，包括有床腳(12)及支承在床腳(12)上的床身(1)，其特徵在於床身(1)上安裝有主絲杆導軌副(5)及副絲杆導軌副(9)，主伺服電機(8)及副伺服電機(8A)分別裝設在主伺服電機安裝座(7)及副伺服電機安裝座(7A)上，並分別通過聯軸器與主絲杆導軌副(5)及副絲杆導軌副(9)的絲杆連接，工作檯(3)及副工作檯(10)分別裝設在床身(1)的兩側，驅動工作檯(3)及副工作檯(10)運動的主絲杆導軌副(5)及副絲杆導軌副(9)中的絲杆螺母固緊在工作檯(3)和副工作檯(10)的下面，工作檯(3)上能安放各種質量大小的載荷(4)，作為位置反饋傳感器的第一直線位移光柵尺(6)的動子與工作檯(3)固緊，作為位置反饋傳感器的第二直線位移光柵尺(6A)的動子與副工作檯(10)固緊，第一直線位移光柵尺(6)及第二直線位移光柵尺(6A)的信號輸出端與試驗裝置的控制器連接，第一直線位移光柵尺(6)及第二直線位移光柵尺(6A)與上述主驅動單元和副驅動單元分別組成金閉環精密伺服驅動系統，且床身(1)的一端固定有用於模擬切削阻力的阻力器(2)。
2、 根據權利要求1所述的帶阻力器的精密伺服線性驅動系統性能試驗裝 置，其特徵在於上述阻力器(2)為液壓力裝置，或是氣壓力裝置。
3、 根據權利要求2所述的帶阻力器的精密伺服線性驅動系統性能試驗裝 置，其特徵在於上述阻力器(2)由缸簡和活塞(17)組成，缸倚的進油口通 過單向閥(14)與油泵(16)連接，且缸簡的進油口與單向閥(14)之間連接 有壓力調壓閥(15)及壓力表(13)。
4、 根據權利要求1所述的帶阻力器的精密伺服線性驅動系統性能試驗裝 置，其特徵在於上述主伺服電機(8)及副伺服電機(8A)與聯軸器之間及聯軸器與絲杆之間以及絲杆與絲杆螺母之間全部經過消除間隙處理。
5、 根據權利要求1至4任一項所述的帶阻力器的精密伺服線性驅動系統 性能試驗裝置，其特徵在於上述副工作檯(10)上安裝有模擬主軸(11),模 擬主軸(11)上能安裝便於做位置精度測量的測量基準。
6、 根據權利要求5所述的帶阻力器的精密伺服線性驅動系統性能試驗裝 置，其特徵在於上述副工作檯(10)能與工作檯(3)固定聯結，能進行聯合 驅動，或與工作檯(3)脫開聯結，進行分別驅動控制。
7、 根據權利要求6所述的帶阻力器的精密伺服線性驅動系統性能試驗裝 置，其特徵在於上述第一直線位移光柵尺(6)及第二直線位移光柵尺(6A) 為精密直線位移光柵尺。
專利摘要本實用新型是一種帶阻力器的精密伺服線性驅動系統性能試驗裝置。包括有床腳及支承在床腳上的床身，其中床身上安裝有主絲杆導軌副及副絲杆導軌副，主伺服電機及副伺服電機分別通過聯軸器與主絲杆導軌副及副絲杆導軌副的絲杆連接，工作檯及副工作檯分別裝設在床身的兩側，主絲杆導軌副及副絲杆導軌副中的絲杆螺母固緊在工作檯和副工作檯的下面，工作檯上能安放各種質量大小的載荷，第一直線位移光柵尺的動子與工作檯固緊，第二直線位移光柵尺的動子與副工作檯固緊，第一直線位移光柵尺及第二直線位移光柵尺的信號輸出端與試驗裝置的控制器連接，且與上述主驅動單元和副驅動單元分別組成全閉環精密伺服驅動系統。本實用新型能夠模擬各種工作狀況開展精密伺服旋轉電機及其控制單元的驅動性能試驗和參數測量，並且在各種設定條件下對系統的各組成環節進行技術評定。
文檔編號G01M99/00GK201322876SQ20082020383
公開日2009年10月7日 申請日期2008年11月21日 優先權日2008年11月21日
發明者曾嶽南, 李鍛能, 雲 章 申請人:廣東工業大學