数控直线运动工作台位置控制系统.pdf

数控直线运动工作台位置控制系统 精密数控直线运动工作台，如数控坐标镗床，数控坐标钻床，激光加工机床 等，广泛地用于对坐标尺寸精度有极高要求工件的加工，下图（1）为将要介绍 的全闭环的数控制线运动工作台的位置控制系统示意图。 （1） 数控直线运动工作台位置控制示意图 当工作原理为：系统发出控制指令，通过给定环节，比较环节与放大环节， 驱动伺服电机转动，通过齿轮带动滚珠丝杠旋转，丝杠的旋转则通过滚珠推动螺 母，继而推动与螺母固定的工作台，轴向移动。检测装置光棚尺随时测定工作台 的实际位置（即输出的信息），然后反馈送回输入端，与控制指令比较，再根据 工作台的实际位置与目标位置之间的误差，决定控制动作，达到消除误差的目的。 这种全闭环的控制可以达到很高的精度。 数控直线运动工作台，按运动的自由度分类也称为一维数控直线工作台，其 结构具有一定的代表性。在数控机床中，为了实现一定规律的平面或空间运动， 往往采用几个不同方向的一维直线工作台与旋转工作台相互结合，构成多维数控 工作台，以实现复杂曲面的加工。 下图（2）是一个简化了数控直线运动工作台位置控制系统示意图。其中伺 服电动机为电枢控制式直流电动机，工作台采用滚珠丝杠传动，而工作台移动采 用直线滚动导轨。电动机转子轴上的转动惯量为J 1 ，减速器输出轴上的转动惯量 为J 2 ，减速器的减速比为 i，滚珠丝杠的螺距为 P，工作台的质量为 m。给定环 节的传递函数为K a ，放大环节的传递函数为K b ，包括检测装置在内的反馈环节 tu 的传递函数为K 。考虑到采用了滚动轴承，滚珠丝杠和直线滚动导轨，与各 c 运动副相对速度有关的黏性阻尼力矩可忽略不计，同时，由于运动部件的弹性变 形非常小，也忽略与运动部件弹性变形相关的弹性力矩。 X 工作台 o(s) 光棚尺 伺服电动机 负载 放大环节 减速 X 给定环节 比较环节 器 i ( s ) + E U K a  (s) Kb a(s) J J 1 - J J 2 B ( s ) 滚珠丝杠 螺纹传动 (2)工作台位置控制系统示意图 建立该数控直线运动工作台的数学模型的关键，在于建立包含伺服电动机， 减速器，滚珠丝杠和工作台等部件组合起来的机电系统的数学模型。在电枢控制 式直流电动机的例子中，以电压u 为输入量，以折算到电动机轴上的总的负载 a 力矩M L 为扰动量，以电动机