本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)控機(jī)床用滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

滾珠絲桿副由滾動(dòng)摩擦來(lái)代替滑動(dòng)摩擦，因而具有傳動(dòng)平穩(wěn)、效率高、回程誤差小等特點(diǎn)，在航空、汽車、機(jī)床等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，人們對(duì)滾珠絲桿的需求越來(lái)越大，對(duì)絲桿的定位精確度要求也越來(lái)越高。滾珠絲桿的螺旋線對(duì)絲桿的定位起著主要作用，其精度決定了滾珠絲桿的質(zhì)量，這就要求絲桿驅(qū)動(dòng)有更高的精度。

為此，本發(fā)明的設(shè)計(jì)者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設(shè)計(jì)，綜合長(zhǎng)期多年從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和成果，研究設(shè)計(jì)出一種數(shù)控機(jī)床用滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，以克服上述缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)控機(jī)床用滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，其操作方便，移動(dòng)穩(wěn)定，且移動(dòng)精度高，提高加工優(yōu)良率。

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種數(shù)控機(jī)床用滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，其特征在于包含移動(dòng)凹槽和移動(dòng)件，所述移動(dòng)凹槽的兩側(cè)設(shè)有平行設(shè)置的導(dǎo)向滑條，所述移動(dòng)件的下緣設(shè)有供導(dǎo)向滑條嵌入以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)件相對(duì)移動(dòng)凹槽導(dǎo)向移動(dòng)的兩導(dǎo)槽，所述移動(dòng)凹槽內(nèi)還設(shè)有絲桿，其一端還設(shè)有驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述移動(dòng)件的下緣中部設(shè)有螺母，所述螺母圍繞于所述絲桿且兩者之間設(shè)有多個(gè)滾珠，以通過絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)螺母進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)移動(dòng)件實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。

其中：還包含控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)組件，所述監(jiān)測(cè)組件包含溫度傳感器、激光測(cè)距傳感器和光柵角度傳感器，所述溫度傳感器為多個(gè)以檢測(cè)溫度信號(hào)，所述激光測(cè)距傳感器設(shè)置于移動(dòng)件以檢測(cè)移動(dòng)件的移動(dòng)距離，所述光柵角度傳感器設(shè)置于絲桿靠近驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一端，以檢測(cè)絲桿的旋轉(zhuǎn)角度，所述控制系統(tǒng)包含信號(hào)接收處理模塊、控制模塊、存儲(chǔ)模塊和信號(hào)發(fā)送模塊，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)為伺服電機(jī)且連接至信號(hào)發(fā)送模塊，以接收實(shí)時(shí)控制信號(hào)。

其中：所述信號(hào)接收處理模塊分別連接至溫度傳感器、激光測(cè)距傳感器和光柵角度傳感器，將接收到的溫度信號(hào)、移動(dòng)距離和旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行信號(hào)調(diào)制后發(fā)送給控制模塊，所述控制模塊根據(jù)預(yù)定距離以及調(diào)制后的溫度信號(hào)、移動(dòng)距離和旋轉(zhuǎn)角度形成控制信號(hào)，通過信號(hào)發(fā)送模塊對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

其中：所述控制模塊包含螺距補(bǔ)償單元、溫度補(bǔ)償單元和電機(jī)控制單元，在具體控制中需要通過螺距和旋轉(zhuǎn)角度得到移動(dòng)距離，故存儲(chǔ)模塊內(nèi)存儲(chǔ)有絲桿螺距的標(biāo)定值，螺距補(bǔ)償單元得到螺距誤差值ΔB，所述溫度補(bǔ)償單元得到溫度補(bǔ)償參數(shù)T補(bǔ)，伺服電機(jī)需要旋轉(zhuǎn)的角度為：AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T補(bǔ)。

其中：所述螺距補(bǔ)償單元通過常規(guī)狀態(tài)測(cè)試得到的移動(dòng)距離L0與旋轉(zhuǎn)角度A0，從而得到絲桿螺距B的測(cè)試值，即L0/(A0/360)＝B1，進(jìn)而得到螺距誤差值ΔB＝B1-B0，并更新存儲(chǔ)模塊內(nèi)的螺距誤差值ΔB。

其中：所述溫度補(bǔ)償單元連接至溫度傳感器和激光測(cè)距傳感器，在每次移動(dòng)件移動(dòng)結(jié)束時(shí)，均測(cè)量不同結(jié)構(gòu)上的溫度傳感器的溫度信號(hào)，進(jìn)行均值后得到整體結(jié)構(gòu)的平均溫度，并通過激光測(cè)距傳感器得到該平均溫度下該次移動(dòng)中所述移動(dòng)件的實(shí)際移動(dòng)距離LA1，從而得到在該平均溫度下的距離誤差ΔL＝LA1-LA，進(jìn)而得到該平均溫度下的T補(bǔ)＝ΔL*360/(B0+ΔB)，就此通過存儲(chǔ)單元將該平均溫度下的T補(bǔ)進(jìn)行存儲(chǔ)，從而形成對(duì)應(yīng)不同平均溫度下的溫度補(bǔ)償系數(shù)T補(bǔ)。

其中：在下次移動(dòng)時(shí)，電機(jī)控制單元分別讀取存儲(chǔ)模塊內(nèi)的螺距誤差值ΔB，并通過移動(dòng)前測(cè)量得到的平均溫度選取最接近的溫度補(bǔ)償系數(shù)T補(bǔ)，并將得到的ΔB和溫度補(bǔ)償系數(shù)T補(bǔ)帶入公式：AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T補(bǔ)，從而向伺服電機(jī)發(fā)送相應(yīng)的角度旋轉(zhuǎn)信號(hào)。

通過上述結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明的數(shù)控機(jī)床用滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)不僅考慮了螺距的補(bǔ)償，還充分考慮的溫度的隨時(shí)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)精度的實(shí)時(shí)更新和控制，在不影響現(xiàn)有移動(dòng)的情況下，盡可能的對(duì)下次移動(dòng)進(jìn)行提前補(bǔ)償，以更好的提高移動(dòng)精度。

本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容可通過后述的說明及所附圖而得到。

附圖說明

圖1顯示了本發(fā)明的數(shù)控機(jī)床用滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的安裝示意圖。

圖2顯示了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

10、機(jī)臺(tái)；11、第一移動(dòng)平臺(tái)；12、第二移動(dòng)平臺(tái)；13、工件夾持座；14、夾持旋轉(zhuǎn)裝置；15、夾持驅(qū)動(dòng)裝置；16、第三移動(dòng)平臺(tái)；17、加工平臺(tái)；18、加工驅(qū)動(dòng)裝置；19、變速箱；20、圍欄；111、移動(dòng)凹槽；112、導(dǎo)向滑條；113、絲桿；114、驅(qū)動(dòng)電機(jī)；115、移動(dòng)件。

具體實(shí)施方式

參見圖1和2，顯示了本發(fā)明的數(shù)控機(jī)床用滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

所述數(shù)控機(jī)床用滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，參見圖1，所述數(shù)控機(jī)床包含機(jī)臺(tái)10和機(jī)臺(tái)10周緣向上延伸的圍欄20。

所述機(jī)臺(tái)10設(shè)有呈90度相對(duì)設(shè)置的第一移動(dòng)平臺(tái)11和第二移動(dòng)平臺(tái)12，所述第一移動(dòng)平臺(tái)11上設(shè)有可進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的工件夾持座13，所述工件夾持座13通過本發(fā)明的數(shù)控機(jī)床用滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，所述工件夾持座13上設(shè)有夾持旋轉(zhuǎn)裝置14和夾持驅(qū)動(dòng)裝置15，所述夾持驅(qū)動(dòng)裝置15連接至夾持旋轉(zhuǎn)裝置14以驅(qū)動(dòng)其進(jìn)行工件的夾緊。

所述第二移動(dòng)平臺(tái)12上設(shè)有可相對(duì)移動(dòng)的第三移動(dòng)平臺(tái)16，其中，所述第三移動(dòng)平臺(tái)16的移動(dòng)方向與工件夾持座13的移動(dòng)方向相互垂直，所述第三移動(dòng)平臺(tái)16上設(shè)有加工平臺(tái)17，所述加工平臺(tái)17的前端設(shè)有刀具夾持座，所述加工平臺(tái)17的后端上緣設(shè)有加工驅(qū)動(dòng)裝置18，所述加工驅(qū)動(dòng)裝置18通過變速箱19連接至刀具夾持座，以實(shí)現(xiàn)刀具的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步對(duì)工件進(jìn)行切削操作。

上述刀具的移動(dòng)和工件的夾持的具體結(jié)構(gòu)和詳細(xì)操作屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不再進(jìn)行累述。

其中，參見圖2，本發(fā)明的數(shù)控機(jī)床用滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包含相對(duì)第一移動(dòng)平臺(tái)11固定的移動(dòng)凹槽111和相對(duì)工件夾持座13固定的移動(dòng)件115，所述移動(dòng)凹槽111的兩側(cè)設(shè)有平行設(shè)置的導(dǎo)向滑條112，所述移動(dòng)件115的下緣設(shè)有供導(dǎo)向滑條112嵌入以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)件115相對(duì)移動(dòng)凹槽111導(dǎo)向移動(dòng)的兩導(dǎo)槽，所述移動(dòng)凹槽111內(nèi)還設(shè)有絲桿113，其一端還設(shè)有驅(qū)動(dòng)絲桿113轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)114，所述移動(dòng)件115的下緣中部設(shè)有螺母(未示出)，所述螺母圍繞于所述絲桿113且兩者之間設(shè)有多個(gè)滾珠，以通過絲桿113的轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)螺母進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)移動(dòng)件115實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。

其中，還包含控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)組件，所述監(jiān)測(cè)組件包含溫度傳感器、激光測(cè)距傳感器和光柵角度傳感器，所述溫度傳感器為多個(gè)且可分別設(shè)置于移動(dòng)凹槽111、絲桿113和移動(dòng)件115，以檢測(cè)各部分的溫度信號(hào)T，所述激光測(cè)距傳感器設(shè)置于移動(dòng)件115，以檢測(cè)移動(dòng)件115相對(duì)于機(jī)臺(tái)10和/或第一移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)距離L，所述光柵角度傳感器設(shè)置于絲桿113靠近驅(qū)動(dòng)電機(jī)114的一端，以檢測(cè)絲桿113的旋轉(zhuǎn)角度A，所述控制系統(tǒng)包含信號(hào)接收處理模塊、控制模塊、存儲(chǔ)模塊和信號(hào)發(fā)送模塊，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)114為伺服電機(jī)且連接至信號(hào)發(fā)送模塊，以接收實(shí)時(shí)控制信號(hào)。

所述信號(hào)接收處理模塊分別連接至溫度傳感器、激光測(cè)距傳感器和光柵角度傳感器，將接收到的溫度信號(hào)、移動(dòng)距離和旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行信號(hào)調(diào)制后發(fā)送給控制模塊，所述控制模塊根據(jù)預(yù)定距離以及調(diào)制后的溫度信號(hào)、移動(dòng)距離和旋轉(zhuǎn)角度形成控制信號(hào)，通過信號(hào)發(fā)送模塊對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

具體的控制模式為，所述控制模塊包含螺距補(bǔ)償單元、溫度補(bǔ)償單元和電機(jī)控制單元，在具體控制中需要通過螺距和旋轉(zhuǎn)角度得到移動(dòng)距離，故存儲(chǔ)模塊內(nèi)存儲(chǔ)有絲桿螺距B的標(biāo)定值B0，由于需要考慮溫度、螺距誤差等，需要對(duì)該公式得到的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行補(bǔ)償，故螺距補(bǔ)償單元可得到螺距誤差值ΔB，所述溫度補(bǔ)償單元可得到溫度補(bǔ)償參數(shù)T補(bǔ)，本發(fā)明若需要移動(dòng)一預(yù)定距離LA，則伺服電機(jī)需要旋轉(zhuǎn)的角度AA：AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T補(bǔ)，在初始狀態(tài)下，所述螺距誤差值ΔB為零，其中，所述螺距補(bǔ)償單元通過常規(guī)狀態(tài)測(cè)試(即在無(wú)負(fù)載狀態(tài)下移動(dòng)件從絲桿的一端移動(dòng)到另一端)得到的移動(dòng)距離L0與旋轉(zhuǎn)角度A0，從而得到絲桿螺距B的測(cè)試值，即L0/(A0/360)＝B1，進(jìn)而得到螺距誤差值ΔB＝B1(測(cè)試值)-B0(標(biāo)定值)，并更新存儲(chǔ)模塊內(nèi)的螺距誤差值ΔB，因此，該螺距補(bǔ)償單元可根據(jù)需要進(jìn)行測(cè)量，以隨時(shí)確定螺距誤差值ΔB，從而避免了由于螺桿本身的剛性和內(nèi)部應(yīng)力影響其螺距發(fā)生的變化。

所述溫度補(bǔ)償單元連接至溫度傳感器和激光測(cè)距傳感器，在每次移動(dòng)件移動(dòng)結(jié)束時(shí)，均測(cè)量不同結(jié)構(gòu)上的溫度傳感器的溫度信號(hào)T，進(jìn)行均值后得到整體結(jié)構(gòu)的平均溫度，并通過激光測(cè)距傳感器得到該平均溫度下該次移動(dòng)中所述移動(dòng)件的實(shí)際移動(dòng)距離LA1，從而得到在該平均溫度下的距離誤差ΔL＝LA1-LA(預(yù)定距離)，且通過AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T補(bǔ)的反推，得到該平均溫度下的T補(bǔ)＝ΔL*360/(B0+ΔB)，就此通過存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)該平均溫度下的T補(bǔ)，從而形成一系列對(duì)應(yīng)不同平均溫度下的溫度補(bǔ)償系數(shù)T補(bǔ)。

在下次移動(dòng)時(shí)，電機(jī)控制單元分別讀取存儲(chǔ)模塊內(nèi)的螺距誤差值ΔB，并通過移動(dòng)前測(cè)量得到的平均溫度選取最接近的溫度補(bǔ)償系數(shù)T補(bǔ)，若移動(dòng)前測(cè)量得到的平均溫度正好在兩個(gè)已確定的平均溫度之間，則將兩個(gè)已確定的平均溫度的溫度補(bǔ)償系數(shù)T補(bǔ)取平均值，并將得到的ΔB和溫度補(bǔ)償系數(shù)T補(bǔ)帶入公式：AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T補(bǔ)，從而向伺服電機(jī)發(fā)送相應(yīng)的角度旋轉(zhuǎn)信號(hào)。

其中，為避免測(cè)量得到的不同平均溫度下的溫度補(bǔ)償系數(shù)T補(bǔ)數(shù)據(jù)過于龐大，在另一實(shí)施例中，對(duì)不同平均溫度的設(shè)置中，所述存儲(chǔ)單元中設(shè)有預(yù)定平均溫度Tp，所述預(yù)定平均溫度Tp劃分為不同的范圍，即從Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5、Tp6、Tp7、Tp8…，所述預(yù)定平均溫度Tp例如以5攝氏度為一個(gè)小范圍，既Tp1為大于0而小于等于5度、Tp2大于5而小于等于10度、Tp3大于10而小于等于15度并以此類推，從而將移動(dòng)結(jié)束時(shí)得到的平均溫度下的T補(bǔ)對(duì)應(yīng)于不同范圍內(nèi)的預(yù)定平均溫度，并對(duì)該預(yù)定平均溫度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)T補(bǔ)進(jìn)行更新，在下次進(jìn)行移動(dòng)時(shí)即可讀取對(duì)應(yīng)預(yù)定平均溫度Tp內(nèi)的T補(bǔ)，并根據(jù)讀取的溫度補(bǔ)償系數(shù)T補(bǔ)對(duì)公式AA＝LA*360/(B0+ΔB)+T補(bǔ)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)更精確的控制。

由此可見，本發(fā)明不僅考慮了螺距的補(bǔ)償，還充分考慮的溫度的隨時(shí)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)精度的實(shí)時(shí)更新和控制，在不影響現(xiàn)有移動(dòng)的情況下，盡可能的對(duì)下次移動(dòng)進(jìn)行提前補(bǔ)償，以更好的提高移動(dòng)精度。

顯而易見的是，以上的描述和記載僅僅是舉例而不是為了限制本發(fā)明的公開內(nèi)容、應(yīng)用或使用。雖然已經(jīng)在實(shí)施例中描述過并且在附圖中描述了實(shí)施例，但本發(fā)明不限制由附圖示例和在實(shí)施例中描述的作為目前認(rèn)為的最佳模式以實(shí)施本發(fā)明的教導(dǎo)的特定例子，本發(fā)明的范圍將包括落入前面的說明書和所附的權(quán)利要求的任何實(shí)施例。