[发明专利]基于主轴回转误差的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种主轴回转误差的控制系统。

背景技术

数控机床和加工中心作为制造业的关键设备，随着工业的发展和科学技术的不断进步，对数控车床的加工精度要求也越来越高。主轴作为数控车床的“心脏”，其工作精度更是受到人们的关注，例如：1kg重的陀螺转子，如果其质心偏离其对称轴线0.5nm，则在射程上会引起100m的误差和50m左右的偏离轨道的误差。由此可以看出主轴的精度对工件起着至关重要的作用。目前的数控车床虽然具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点，能够在一定的程度上满足人们加工高精度工件的要求，但如果在此基础上需要进一步提高其加工精度，达到超精密加工的要求，成本较高、难度较大。

目前，关于精密轴系的原理、结构、性能、测试以及控制方法的研究受到了国内外学者的普遍重视与关注。如何满足不断增长的高精度要求，经济合理、技术可行地找到解决的方案，已成为当今急需解决的问题。

发明内容

本发明是为了解决现有数控机床的主轴工作时回转误差大，导致的主轴回转精度低的问题，本发明提供了一种基于主轴回转误差的控制系统。

基于主轴回转误差的控制系统，它包括动力系统、高压供气系统、主轴系统和控制系统；

动力系统包括伺服电机和主轴；

高压供气系统包括阀门、过滤器、通气口和高压气源；

主轴系统包括1号磁轴承、双向气体止推轴承、2号磁轴承、1号气体轴承、2号气体轴承、1号位移传感器、2号位移传感器、3号位移传感器、4号位移传感器、5号位移传感器、6号位移传感器和光电编码器；

控制系统包括滤波器、DSP、D/A转换器、功率放大器和PC机；

伺服电机通过皮带轮带动主轴转动，光电编码器用于检测主轴在旋转过程中的偏转角度，

1号位移传感器、5号位移传感器和6号位移传感器分别用于检测主轴一端沿三个方向的径向位移，其中，1号位移传感器、5号位移传感器和6号位移传感器位于同一平面内，且所述平面垂直于主轴，所述1号位移传感器、5号位移传感器和6号位移传感器均位于以主轴为中心的同一个圆周上，

1号位移传感器、5号位移传感器和6号位移传感器位于2号气体轴承的左侧，

2号位移传感器、3号位移传感器和4号位移传感器分别用于检测主轴的另一端沿三个方向的径向位移；

其中，2号位移传感器、3号位移传感器和4号位移传感器位于同一平面内，且所述平面垂直于主轴，2号位移传感器、3号位移传感器和4号位移传感器均位于以主轴为中心的同一个圆周上，

2号位移传感器、3号位移传感器和4号位移传感器位于1号气体轴承的右侧，

1号磁轴承、双向气体止推轴承、2号磁轴承、1号气体轴承和2号气体轴承均嵌在主轴外，双向气体止推轴承位于主轴的中间，

1号磁轴承和2号磁轴承以双向气体止推轴承为镜面呈镜像对称设置，2号气体轴承和1号气体轴承以双向气体止推轴承为镜面呈镜像对称设置，1号磁轴承位于2号气体轴承和双向气体止推轴承之间，

高压气源输出的气体依次经通气口、过滤器、阀门后，同时送至1号气体轴承和2号气体轴承，滤波器用于将采集的1号位移传感器、2号位移传感器、3号位移传感器、4号位移传感器、5号位移传感器和6号位移传感器输出的位移信号，及光电编码器输出的偏转角度进行数字滤波后送至DSP，

DSP用于对接收的信号进行处理，获得控制信号，并将该控制信号经D/A转换器和功率放大器处理后，对1号磁轴承和2号磁轴承进行控制，

PC机用于通过串行通信方式与DSP进行数据交换。

所述的DSP采用TMS320LF2407A实现。

所述的DSP包括A/D转换模块、减法器、微分模块、Fuzzy自调整模块、PID控制模块；

所述的A/D转换模块信号输入端与滤波器的信号输出端连接，A/D转换模块的信号输出端与减法器的减数信号输入端连接，减法器的数据信号输出端同时与微分模块的信号输入端和PID控制模块的1号数据信号输入端连接，微分模块的信号输出端与Fuzzy自调整模块的信号输入端连接，Fuzzy自调整模块的信号输出端与PID控制模块的2号数据信号输入端连接，PID控制模块的信号输出端作为DSP的信号输出端，Fuzzy自调整模块的信号输入输出端与PC机的信号输入输出端连接。

所述的Fuzzy自调整模块包括Fuzzy推理模块和参数修正模块；

所述的Fuzzy推理模块的信号输入端作为Fuzzy自调整模块的信号输入端，