一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置及方法，該裝置包括徑向電容位移傳感器、軸向電容位移傳感器、控制計(jì)算機(jī)、雙自由度快刀伺服控制器以及雙自由度快刀伺服單元，徑向電容位移傳感器的輸出端與控制計(jì)算機(jī)的第一輸入端連接，軸向電容位移傳感器的輸出端與控制計(jì)算機(jī)的第二輸入端連接，雙自由度快刀伺服控制器分別與控制計(jì)算機(jī)及雙自由度快刀伺服單元連接，雙自由度快刀伺服單元與加工刀具連接，徑向電容位移傳感器安裝在加工刀具的一側(cè)且其軸線與工件的軸線垂直相交，軸向電容位移傳感器安裝在工件的一端面且其軸線與工件的端面垂直。本發(fā)明可簡(jiǎn)單、快速、全面地對(duì)主軸綜合誤差進(jìn)行在線實(shí)時(shí)測(cè)量及補(bǔ)償，可廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床加工領(lǐng)域中。
【專利說(shuō)明】一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密機(jī)床加工領(lǐng)域，特別是涉及一種用于超精密機(jī)床上加工輥筒微結(jié)構(gòu)的主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]許多光學(xué)器件上的微結(jié)構(gòu)都是用滾壓成型的方法加工的，而滾壓成型所使用的輥筒則多為單點(diǎn)金剛石的超精密機(jī)床加工而成。由于微結(jié)構(gòu)的尺寸非常小，對(duì)其結(jié)構(gòu)的形狀精度和表面粗糙度要求都很高，從而對(duì)機(jī)床的加工精度也提出了非常高的要求。
[0003]主軸是超精密機(jī)床上廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要部件，其運(yùn)動(dòng)精度對(duì)加工質(zhì)量具有決定性的意義。隨著氣浮主軸的發(fā)展，主軸的精度已得到很大的提高，但其運(yùn)動(dòng)誤差仍然會(huì)對(duì)人們?cè)綕u嚴(yán)格的要求尤其是光學(xué)零件的要求造成較大的不良影響。主軸的主要誤差為運(yùn)動(dòng)誤差即同步誤差，同步誤差具有周期性，而除了周期性的同步誤差外，本申請(qǐng)將熱誤差等其它主軸誤差統(tǒng)稱為非同步誤差。目前技術(shù)中，基本上只是對(duì)主軸的同步誤差進(jìn)行檢測(cè)或補(bǔ)償，或者是僅僅檢測(cè)或校正非同步誤差，而且采用的方法較為復(fù)雜，需要通過(guò)各種繁瑣的計(jì)算，反應(yīng)速度慢，還無(wú)法全面地反應(yīng)主軸的誤差，導(dǎo)致精密加工時(shí)依然存在較大誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置。本發(fā)明的另一目的是提供一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，包括徑向電容位移傳感器、軸向電容位移傳感器、控制計(jì)算機(jī)、雙自由度快刀伺服控制器以及雙自由度快刀伺服單元，所述徑向電容位移傳感器的輸出端與控制計(jì)算機(jī)的第一輸入端連接，所述軸向電容位移傳感器的輸出端與控制計(jì)算機(jī)的第二輸入端連接，所述雙自由度快刀伺服控制器分別與控制計(jì)算機(jī)及雙自由度快刀伺服單元連接；
所述雙自由度快刀伺服單元與加工刀具連接，所述徑向電容位移傳感器安裝在加工刀具的一側(cè)且其軸線與工件的軸線垂直相交，所述軸向電容位移傳感器安裝在工件的一端面且其軸線與工件的端面垂直。
[0006]進(jìn)一步，所述徑向電容位移傳感器用于采集工件的實(shí)時(shí)的徑向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)，所述軸向電容位移傳感器用于采集工件的實(shí)時(shí)的軸向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)，所述控制計(jì)算機(jī)用于接收工件的實(shí)時(shí)的徑向位移和軸向位移后計(jì)算出工件的徑向誤差和軸向誤差并發(fā)送到雙自由度快刀伺服控制器，所述雙自由度快刀伺服控制器用于根據(jù)接收到的工件的徑向誤差和軸向誤差控制雙自由度快刀伺服單元進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
[0007]進(jìn)一步，所述雙自由度快刀伺服單元包括雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、X方向電容位移傳感器、X方向壓電陶瓷、Z方向電容位移傳感器及Z方向壓電陶瓷；
所述X方向電容位移傳感器及X方向壓電陶瓷均安裝在雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的X方向上且其軸線均與雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的X軸平行，所述Z方向電容位移傳感器及Z方向壓電陶瓷均安裝在雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的Z方向上且其軸線均與雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的Z軸平行；
所述X方向電容位移傳感器的輸出端與雙自由度快刀伺服控制器的第一輸入端連接，所述Z方向電容位移傳感器的輸出端與雙自由度快刀伺服控制器的第二輸入端連接，所述雙自由度快刀伺服控制器的第一輸出端與X方向壓電陶瓷的輸入端連接，所述雙自由度快刀伺服控制器的第二輸出端與Z方向壓電陶瓷的輸入端連接。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的另一技術(shù)方案是:
一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，包括:
51、采用徑向電容位移傳感器采集工件的實(shí)時(shí)的徑向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)，同時(shí)采用軸向電容位移傳感器采集工件的實(shí)時(shí)的軸向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)；
52、控制計(jì)算機(jī)接收工件的實(shí)時(shí)的徑向位移和軸向位移并分別與預(yù)設(shè)的徑向位移及預(yù)設(shè)的軸向位移進(jìn)行比較，進(jìn)而計(jì)算出工件的徑向誤差和軸向誤差后發(fā)送到雙自由度快刀伺服控制器；
53、雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的徑向誤差和軸向誤差控制雙自由度快刀伺服單元進(jìn)行進(jìn)給移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償。
[0009]進(jìn)一步，所述步驟S3,其具體為:
雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的徑向誤差，向Z方向壓電陶瓷發(fā)送控制信號(hào)從而使得雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)在Z方向上進(jìn)行移動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)Z方向的誤差補(bǔ)償，同時(shí)采用Z方向電容位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)Z方向的移動(dòng)位移并反饋到雙自由度快刀伺服控制器；
雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的軸向誤差，向X方向壓電陶瓷發(fā)送控制信號(hào)從而使得雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)在X方向上進(jìn)行移動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)X方向的誤差補(bǔ)償，同時(shí)采用X方向電容位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)X方向的移動(dòng)位移并反饋到雙自由度快刀伺服控制器。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，包括徑向電容位移傳感器、軸向電容位移傳感器、控制計(jì)算機(jī)、雙自由度快刀伺服控制器以及雙自由度快刀伺服單元，可通過(guò)徑向電容位移傳感器采集工件的實(shí)時(shí)的徑向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)，同時(shí)通過(guò)軸向電容位移傳感器采集工件的實(shí)時(shí)的軸向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)接收工件的實(shí)時(shí)的徑向位移和軸向位移后計(jì)算出工件的徑向誤差和軸向誤差并發(fā)送到雙自由度快刀伺服控制器，然后雙自由度快刀伺服控制器用于根據(jù)接收到的工件的徑向誤差和軸向誤差控制雙自由度快刀伺服單元進(jìn)行誤差補(bǔ)償。本裝置可以簡(jiǎn)單、快速地對(duì)主軸的同步誤差和非同步誤差構(gòu)成的綜合誤差進(jìn)行在線實(shí)時(shí)測(cè)量及補(bǔ)償，全面地對(duì)主軸的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
[0011]同時(shí)，還可以對(duì)誤差補(bǔ)償結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，提高誤差補(bǔ)償精度。
[0012]本發(fā)明的另一有益效果是:一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，采用徑向電容位移傳感器采集工件的實(shí)時(shí)的徑向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)，同時(shí)采用軸向電容位移傳感器采集工件的實(shí)時(shí)的軸向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)后，控制計(jì)算機(jī)接收工件的實(shí)時(shí)的徑向位移和軸向位移并分別與預(yù)設(shè)的徑向位移及預(yù)設(shè)的軸向位移進(jìn)行比較，進(jìn)而計(jì)算出工件的徑向誤差和軸向誤差后發(fā)送到雙自由度快刀伺服控制器，最后雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的徑向誤差和軸向誤差控制雙自由度快刀伺服單元進(jìn)行進(jìn)給移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償，本方法以簡(jiǎn)單、快速地對(duì)主軸的同步誤差和非同步誤差構(gòu)成的綜合誤差進(jìn)行在線實(shí)時(shí)測(cè)量及補(bǔ)償，全面地對(duì)主軸的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
[0013]同時(shí)，還可以對(duì)誤差補(bǔ)償結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，提高誤差補(bǔ)償精度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]圖1是本發(fā)明的一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中的傳感器的空間位置側(cè)視圖；
圖3是圖1中的雙自由度快刀伺服單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是采用計(jì)算機(jī)仿真生成的徑向誤差示意圖；
圖5是采用計(jì)算機(jī)仿真生成的軸向誤差示意圖；
圖6是仿真采用傳統(tǒng)的非實(shí)時(shí)的誤差補(bǔ)償方法對(duì)圖4中的徑向誤差進(jìn)行補(bǔ)償后所得到的徑向殘余誤差示意圖；
圖7是仿真采用傳統(tǒng)的非實(shí)時(shí)的誤差補(bǔ)償方法對(duì)圖5中的軸向誤差進(jìn)行補(bǔ)償后所得到的軸向殘余誤差示意圖；
圖8是仿真采用本發(fā)明的主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法對(duì)圖4中的徑向誤差進(jìn)行補(bǔ)償后所得到的徑向殘余誤差示意圖；
圖9是仿真采用本發(fā)明的主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法對(duì)圖5中的軸向誤差進(jìn)行補(bǔ)償后所得到的軸向殘余誤差示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供了一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，包括徑向電容位移傳感器1、軸向電容位移傳感器2、控制計(jì)算機(jī)3、雙自由度快刀伺服控制器4以及雙自由度快刀伺服單元5，所述徑向電容位移傳感器I的輸出端與控制計(jì)算機(jī)3的第一輸入端連接，所述軸向電容位移傳感器2的輸出端與控制計(jì)算機(jī)3的第二輸入端連接,所述雙自由度快刀伺服控制器4分別與控制計(jì)算機(jī)3及雙自由度快刀伺服單元5連接；
所述雙自由度快刀伺服單元5與加工刀具O連接，所述徑向電容位移傳感器I安裝在加工刀具O的一側(cè)且其軸線與工件的軸線垂直相交，所述軸向電容位移傳感器2安裝在工件的一端面且其軸線與工件的端面垂直。徑向電容位移傳感器I及軸向電容位移傳感器2與工件的空間位置的側(cè)視圖如圖2所示。
[0017]參照?qǐng)D1所示，徑向電容位移傳感器I和雙自由度快刀伺服單元5均安裝在移動(dòng)平臺(tái)8上，通過(guò)移動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)8，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的不同位置的誤差測(cè)量以及誤差補(bǔ)償。
[0018]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述徑向電容位移傳感器I用于采集工件的實(shí)時(shí)的徑向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)3，所述軸向電容位移傳感器2用于采集工件的實(shí)時(shí)的軸向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)3，所述控制計(jì)算機(jī)3用于接收工件的實(shí)時(shí)的徑向位移和軸向位移后計(jì)算出工件的徑向誤差和軸向誤差并發(fā)送到雙自由度快刀伺服控制器4，所述雙自由度快刀伺服控制器4用于根據(jù)接收到的工件的徑向誤差和軸向誤差控制雙自由度快刀伺服單元5進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
[0019]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，參照?qǐng)D3，所述雙自由度快刀伺服單元5包括雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)51、X方向電容位移傳感器521、X方向壓電陶瓷522、Z方向電容位移傳感器531及Z方向壓電陶瓷532 ；
所述X方向電容位移傳感器521及X方向壓電陶瓷522均安裝在雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)51的X方向上且其軸線均與雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)51的X軸平行，所述Z方向電容位移傳感器531及Z方向壓電陶瓷532均安裝在雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)51的Z方向上且其軸線均與雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)51的Z軸平行；
所述X方向電容位移傳感器521的輸出端與雙自由度快刀伺服控制器4的第一輸入端連接，所述Z方向電容位移傳感器531的輸出端與雙自由度快刀伺服控制器4的第二輸入端連接，所述雙自由度快刀伺服控制器4的第一輸出端與X方向壓電陶瓷522的輸入端連接，所述雙自由度快刀伺服控制器4的第二輸出端與Z方向壓電陶瓷532的輸入端連接。
[0020]本發(fā)明還提供了一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，包括:
51、采用徑向電容位移傳感器采集工件的實(shí)時(shí)的徑向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)，同時(shí)采用軸向電容位移傳感器采集工件的實(shí)時(shí)的軸向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)；
52、控制計(jì)算機(jī)接收工件的實(shí)時(shí)的徑向位移和軸向位移并分別與預(yù)設(shè)的徑向位移及預(yù)設(shè)的軸向位移進(jìn)行比較，進(jìn)而計(jì)算出工件的徑向誤差和軸向誤差后發(fā)送到雙自由度快刀伺服控制器；
53、雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的徑向誤差和軸向誤差控制雙自由度快刀伺服單元進(jìn)行進(jìn)給移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償。
[0021]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟S3，其具體為:
雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的徑向誤差，向Z方向壓電陶瓷發(fā)送控制信號(hào)從而使得雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)在Z方向上進(jìn)行移動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)Z方向的誤差補(bǔ)償，同時(shí)采用Z方向電容位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)Z方向的移動(dòng)位移并反饋到雙自由度快刀伺服控制器；
雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的軸向誤差，向X方向壓電陶瓷發(fā)送控制信號(hào)從而使得雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)在X方向上進(jìn)行移動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)X方向的誤差補(bǔ)償，同時(shí)采用X方向電容位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)X方向的移動(dòng)位移并反饋到雙自由度快刀伺服控制器。
[0022]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]實(shí)施例一
參照?qǐng)D廣圖3，一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，包括徑向電容位移傳感器1、軸向電容位移傳感器2、控制計(jì)算機(jī)3、雙自由度快刀伺服控制器4以及雙自由度快刀伺服單元5，徑向電容位移傳感器I的輸出端與控制計(jì)算機(jī)3的第一輸入端連接,軸向電容位移傳感器2的輸出端與控制計(jì)算機(jī)3的第二輸入端連接，雙自由度快刀伺服控制器4分別與控制計(jì)算機(jī)3及雙自由度快刀伺服單元5連接；
雙自由度快刀伺服單元5與加工刀具O連接，徑向電容位移傳感器I安裝在加工刀具O的一側(cè)且其軸線與工件的軸線垂直相交，軸向電容位移傳感器2安裝在工件的一端面且其軸線與工件的端面垂直，因此，可以準(zhǔn)確地測(cè)量得到徑向電容位移傳感器I和軸向電容位移傳感器2與工件之間的實(shí)時(shí)距離；
徑向電容位移傳感器I用于采集工件的實(shí)時(shí)的徑向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)3，軸向電容位移傳感器2用于采集工件的實(shí)時(shí)的軸向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)3，控制計(jì)算機(jī)3用于接收工件的實(shí)時(shí)的徑向位移和軸向位移后計(jì)算出工件的徑向誤差和軸向誤差并發(fā)送到雙自由度快刀伺服控制器4，雙自由度快刀伺服控制器4用于根據(jù)接收到的工件的徑向誤差和軸向誤差控制雙自由度快刀伺服單元5進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
[0024]圖1跟圖3中的坐標(biāo)系用于標(biāo)識(shí)主軸的X方向和Z方向，即標(biāo)明本發(fā)明的主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置的X方向和Z方向。
[0025]優(yōu)選的，如圖3所示，本實(shí)施例中雙自由度快刀伺服單元5包括雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)51、X方向電容位移傳感器521、X方向壓電陶瓷522、Z方向電容位移傳感器531及Z方向壓電陶瓷532 ；
X方向電容位移傳感器521及X方向壓電陶瓷522均安裝在雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)51的X方向上且其軸線均與雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)51的X軸平行，Z方向電容位移傳感器531及Z方向壓電陶瓷532均安裝在雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)51的Z方向上且其軸線均與雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)51的Z軸平行；
X方向電容位移傳感器521的輸出端與雙自由度快刀伺服控制器4的第一輸入端連接，Z方向電容位移傳感器531的輸出端與雙自由度快刀伺服控制器4的第二輸入端連接，雙自由度快刀伺服控制器4的第一輸出端與X方向壓電陶瓷522的輸入端連接，雙自由度快刀伺服控制器4的第二輸出端與Z方向壓電陶瓷532的輸入端連接。
[0026]本實(shí)施例中的雙自由度快刀伺服單元5可以看作是由兩個(gè)快刀伺服單元即X方向的快刀伺服單元跟Z方向的快刀伺服單元組成的，X方向的快刀伺服單元包括X方向電容位移傳感器521和X方向壓電陶瓷522, Z方向的快刀伺服單兀包括Z方向電容位移傳感器531及Z方向壓電陶瓷532，每個(gè)快刀伺服單元的電容位移傳感器和壓電陶瓷組成一個(gè)反饋系統(tǒng)，即組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)獨(dú)立地為兩個(gè)快刀伺服單元提供進(jìn)給移動(dòng)，從而實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)X方向或Z方向的誤差補(bǔ)償，同時(shí)還可以對(duì)誤差補(bǔ)償結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，減小壓電陶瓷的非線性影響，提高誤差補(bǔ)償精度。
[0027]本實(shí)施例米用徑向電容位移傳感器I和軸向電容位移傳感器2實(shí)時(shí)測(cè)量工件的徑向位移和軸向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)3，控制計(jì)算機(jī)3接收工件的實(shí)時(shí)的徑向位移和軸向位移后計(jì)算出工件的徑向誤差和軸向誤差并發(fā)送到雙自由度快刀伺服控制器4，雙自由度快刀伺服控制器4用于根據(jù)接收到的工件的徑向誤差和軸向誤差控制雙自由度快刀伺服單元5進(jìn)行誤差補(bǔ)償，即控制雙自由度快刀伺服單元5的兩個(gè)快刀伺服單元進(jìn)行進(jìn)給移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償。本實(shí)施例的徑向誤差和軸向誤差都是在線實(shí)時(shí)測(cè)量和實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)?，該兩個(gè)誤差均同時(shí)包括同步誤差和非同步誤差，因此，本實(shí)施例可以對(duì)主軸的綜合誤差進(jìn)行補(bǔ)m
\-ΖΧ ο
[0028]實(shí)施例二
一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，包括:
51、采用徑向電容位移傳感器采集工件的實(shí)時(shí)的徑向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)，同時(shí)采用軸向電容位移傳感器采集工件的實(shí)時(shí)的軸向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)；
52、控制計(jì)算機(jī)接收工件的實(shí)時(shí)的徑向位移和軸向位移并分別與預(yù)設(shè)的徑向位移及預(yù)設(shè)的軸向位移進(jìn)行比較，進(jìn)而計(jì)算出工件的徑向誤差和軸向誤差后發(fā)送到雙自由度快刀伺服控制器；預(yù)設(shè)的徑向位移和預(yù)設(shè)的軸向位移是設(shè)定的對(duì)工件的加工參數(shù)，例如，若實(shí)時(shí)的徑向位移與預(yù)設(shè)的徑向位移有差值，則該差值為誤差值，需要進(jìn)行補(bǔ)償，具體的，假設(shè)預(yù)設(shè)的徑向位移為0.1OOmm,而實(shí)時(shí)的徑向位移為0.1lOmm,則徑向電容位移傳感器與工件之間的實(shí)時(shí)位移比設(shè)定值大了 0.0lOmm,即存在0.0lOmm的徑向誤差，需要進(jìn)行補(bǔ)償；
S3、雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的徑向誤差和軸向誤差控制雙自由度快刀伺服單元進(jìn)行進(jìn)給移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償，其具體為:
參照?qǐng)D3，雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的徑向誤差，向Z方向壓電陶瓷發(fā)送控制信號(hào)從而使得雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)在Z方向上進(jìn)行移動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)Z方向的誤差補(bǔ)償，同時(shí)采用Z方向電容位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)Z方向的移動(dòng)位移并反饋到雙自由度快刀伺服控制器；例如，上一步驟中測(cè)得的徑向誤差為0.010mm，這里，雙自由度快刀伺服控制器通過(guò)發(fā)送電信號(hào)到Z方向壓電陶瓷上使得其發(fā)生0.0lOmm的形變，從而使得雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)在Z方向上進(jìn)給移動(dòng)0.0lOmm實(shí)現(xiàn)Z方向的誤差補(bǔ)償，同時(shí)采用Z方向電容位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)Z方向的移動(dòng)位移并反饋到雙自由度快刀伺服控制器從而監(jiān)控Z方向的誤差補(bǔ)償效果；
雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的軸向誤差，向X方向壓電陶瓷發(fā)送控制信號(hào)從而使得雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)在X方向上進(jìn)行移動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)X方向的誤差補(bǔ)償，同時(shí)采用X方向電容位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)X方向的移動(dòng)位移并反饋到雙自由度快刀伺服控制器；假設(shè)步驟S2中，控制計(jì)算機(jī)接收工件的實(shí)時(shí)的軸向位移為0.220_，而預(yù)設(shè)的軸向位移為0.200mm,則計(jì)算得到軸向誤差為0.220-0.200=0.020mm,因此，雙自由度快刀伺服控制器通過(guò)發(fā)送電信號(hào)到X方向壓電陶瓷上使得其發(fā)生0.020mm的形變，從而使得雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)在X方向上進(jìn)給移動(dòng)0.020mm實(shí)現(xiàn)X方向的誤差補(bǔ)償，同時(shí)采用X方向電容位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)X方向的移動(dòng)位移并反饋到雙自由度快刀伺服控制器從而監(jiān)控X方向的誤差補(bǔ)償效果。
[0029]本實(shí)施例是實(shí)施例一的主軸綜合誤差補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償方法，實(shí)施例一中的各種補(bǔ)充描述也是適用于本實(shí)施例的，這里不再贅述。
[0030]為了驗(yàn)證本發(fā)明的主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法的精確度，這里，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，圖4是采用計(jì)算機(jī)仿真生成的徑向誤差，其中附圖標(biāo)記9表示徑向同步誤差，附圖標(biāo)記10表示徑向非同步誤差，圖5是計(jì)算機(jī)仿真生成的軸向誤差，其中附圖標(biāo)記11表示軸向同步誤差，附圖標(biāo)記12表示軸向非同步誤差。
[0031]圖6跟圖7分別是仿真采用傳統(tǒng)的非實(shí)時(shí)的誤差補(bǔ)償方法對(duì)圖4和圖5中的徑向誤差和軸向誤差進(jìn)行補(bǔ)償后，所得到的徑向殘余誤差和軸向殘余誤差，圖6中附圖標(biāo)記13表示徑向殘余誤差，圖7中附圖標(biāo)記14表示軸向殘余誤差。由圖中可看出，傳統(tǒng)的誤差補(bǔ)償方法進(jìn)行補(bǔ)償后，殘余誤差比較大。圖8跟圖9分別是仿真采用本發(fā)明的主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法對(duì)圖4和圖5中的徑向誤差和軸向誤差進(jìn)行補(bǔ)償后，所得到的徑向殘余誤差和軸向殘余誤差，圖8中附圖標(biāo)記15表示徑向殘余誤差，圖9中附圖標(biāo)記16表示軸向殘余誤差。分別對(duì)比圖6跟圖8、圖7跟圖9，可明確得出，相比傳統(tǒng)的非實(shí)時(shí)的誤差補(bǔ)償方法，本發(fā)明的主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法進(jìn)行誤差補(bǔ)償后，殘余誤差相對(duì)比較小，具有較好的誤差補(bǔ)償效果。
[0032]以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，其特征在于，包括徑向電容位移傳感器(I)、軸向電容位移傳感器(2)、控制計(jì)算機(jī)(3)、雙自由度快刀伺服控制器(4)以及雙自由度快刀伺服單元(5)，所述徑向電容位移傳感器(I)的輸出端與控制計(jì)算機(jī)(3)的第一輸入端連接，所述軸向電容位移傳感器(2)的輸出端與控制計(jì)算機(jī)(3)的第二輸入端連接，所述雙自由度快刀伺服控制器(4)分別與控制計(jì)算機(jī)(3)及雙自由度快刀伺服單元(5)連接； 所述雙自由度快刀伺服單元(5 )與加工刀具(O )連接，所述徑向電容位移傳感器(I)安裝在加工刀具(O)的一側(cè)且其軸線與工件的軸線垂直相交，所述軸向電容位移傳感器(2)安裝在工件的一端面且其軸線與工件的端面垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述徑向電容位移傳感器(I)用于采集工件的實(shí)時(shí)的徑向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)(3)，所述軸向電容位移傳感器(2)用于采集工件的實(shí)時(shí)的軸向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)(3)，所述控制計(jì)算機(jī)(3)用于接收工件的實(shí)時(shí)的徑向位移和軸向位移后計(jì)算出工件的徑向誤差和軸向誤差并發(fā)送到雙自由度快刀伺服控制器(4)，所述雙自由度快刀伺服控制器(4)用于根據(jù)接收到的工件的徑向誤差和軸向誤差控制雙自由度快刀伺服單元(5)進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述雙自由度快刀伺服單元(5)包括雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)(51)、X方向電容位移傳感器(521)、X方向壓電陶瓷(522)、Z方向電容位移傳感器(531)及Z方向壓電陶瓷(532)； 所述X方向電容位移傳感器(521)及X方向壓電陶瓷(522)均安裝在雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)(51)的X方向上且其軸線均與雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)(51)的X軸平行，所述Z方向電容位移傳感器(531)及Z方向壓電陶瓷(532)均安裝在雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)(51)的Z方向上且其軸線均 與雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)(51)的Z軸平行； 所述X方向電容位移傳感器(521)的輸出端與雙自由度快刀伺服控制器(4)的第一輸入端連接，所述Z方向電容位移傳感器(531)的輸出端與雙自由度快刀伺服控制器(4)的第二輸入端連接，所述雙自由度快刀伺服控制器(4)的第一輸出端與X方向壓電陶瓷(522)的輸入端連接，所述雙自由度快刀伺服控制器(4)的第二輸出端與Z方向壓電陶瓷(532)的輸入端連接。
4.一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，其特征在于，包括: 51、采用徑向電容位移傳感器采集工件的實(shí)時(shí)的徑向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)，同時(shí)采用軸向電容位移傳感器采集工件的實(shí)時(shí)的軸向位移并發(fā)送到控制計(jì)算機(jī)； 52、控制計(jì)算機(jī)接收工件的實(shí)時(shí)的徑向位移和軸向位移并分別與預(yù)設(shè)的徑向位移及預(yù)設(shè)的軸向位移進(jìn)行比較，進(jìn)而計(jì)算出工件的徑向誤差和軸向誤差后發(fā)送到雙自由度快刀伺服控制器； 53、雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的徑向誤差和軸向誤差控制雙自由度快刀伺服單元進(jìn)行進(jìn)給移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的一種主軸綜合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步驟S3，其具體為: 雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的徑向誤差，向Z方向壓電陶瓷發(fā)送控制信號(hào)從而使得雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)在Z方向上進(jìn)行移動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)Z方向的誤差補(bǔ)償，同時(shí)采用Z方向電容位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)Z方向的移動(dòng)位移并反饋到雙自由度快刀伺服控制器； 雙自由度快刀伺服控制器根據(jù)接收的工件的軸向誤差，向X方向壓電陶瓷發(fā)送控制信號(hào)從而使得雙自由度解耦的進(jìn)給機(jī)構(gòu)在X方向上進(jìn)行移動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)X方向的誤差補(bǔ)償，同時(shí)采用X方向電容位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)X方向的移動(dòng)位移并反饋到雙自由度快刀伺服控制 器。
【文檔編號(hào)】B23B19/02GK104070406SQ201410283332
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】劉明宇, 張志輝, 孔令豹, 李榮彬, 杜雪, 陳新 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)