精密滚珠丝杠补偿控制

 滚珠丝杠副是数控机床的关键部件，高精度精密滚珠丝杠副已被各国列为重点发展研究产品。如何提高滚珠丝杠的加工精度，尤其是螺距加工精度。由于微型计算机、自动检测技术、智能控制技术等的飞速发展，应用高新技术进一步提高精密丝杠的加工精度具有重要意义。

 滚珠丝杠副作为一种高效、精密的传动部件，广泛应用于数控机床和各种自动化设备中。机床、加工中心、精密机床、精密测量仪器、现代武器装备和核反应堆，以及各种自动控制驱动系统。

 误差补偿是一种获得高精度加工的低成本技术，同时也是一项高科技密集型技术。传统上，单纯通过提高机床本身的精度来保证越来越精密的零件的加工精度是非常困难的。误差补偿是一种经济、合理、可行的方式，已在机械制造行业应用了数十年。

 精密长滚珠丝杠的磨削控制，由于是复杂的非线性时变系统，工件的螺距误差受传动链误差、热变形误差、力变形误差、砂轮等多种因素影响磨损和振动。建立一个准确的影响其影响的数学模型是非常困难的。就算能成立，解决起来也很复杂。因此，传统的通过磨削机械校正尺来补偿加工误差的方法已不能满足高精度丝杠磨削的需要。这迫使我们将复杂制造过程（如丝杠磨削）的计算机辅助控制理论和策略提升到一个新的水平——非线性误差的计算机实时控制阶段。

 补偿方法的应用与误差测量、反馈校正算法和误差校正装置有关。在常用的线性位移检测方法中，激光位移测量方法是最准确的方法之一，但其检测精度受环境变化影响较大，且价格昂贵。螺纹磨床经过改造，系统主要由以下三部分组成：

1、测量部分。这部分主要包括：1）由圆形光栅和长光栅组成的传输误差测量系统；2）由电测微计组成的实时热变形误差测量系统；3）有温度测量电路。

2、控制部分。用于控制的微控制器核心组成：1）误差测量与计数、存储电路；2）A/D转换、补偿控制量计算；3）步进电机控制；4）错误输出显示、打印等功能部件。

3、控制部分。这部分主要包括由步进电机及其驱动系统、滚珠丝杠螺母副和补偿摆杆组成的机械校正系统。

系统工作原理：圆光栅和长光栅的输出信号经过放大整形后，输入控制系统的细分计数测量电路，测量机床的传动误差。即时的感应式测量头通过测量尾座尖端的位移来预测工件的热变形误差。根据误差补偿控制方法计算出的控制量输入步进电机驱动系统，控制步进电机的转动，通过机械校正机构使螺纹磨床的内螺纹螺母轻微转动，使工作台产生附加位移，从而上实现螺距误差的补偿和校正。

 克服了传统的仅仅将电感测微仪作为传感器来使用而由微机系统对其采样来采取位移变化使系统复杂性增加的缺点，简化了系统结构，提高了测量精度。仪器自动采样，并根据不同的测量要求编写相应的数据处理软件。除数显外，还可以通过串口或模拟输出将测量结果传送到上位机。使测量更加灵活方便。由于控制系统的复杂性，这里只分析其他主要功能模块和最终误差的PID控制算法。

 由于精密滚珠丝杠是各种机器和仪器的传动和定位元件，有利于提高滚珠丝杠副的产品质量和加工生产率，从而提高数控机床的加工精度，促进整个机械制造水平普遍提高。误差补偿控制系统可应用于其他类型机械零件（如齿轮、蜗轮等）的加工控制，为提高机械产品的精度提供了有效途径。