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滚珠丝杆对运动控制精度的影响

    在数控技术上提高伺服轴运动精度的常规做法有两种:半闭环控制(位置反馈取至伺服电机轴端)加存储式补偿(间隙补偿和螺距误差 补偿)和全闭环控制(位置反馈取至伺服机械执行机构末端)。

      半闭环控制加存储式补偿只能补偿带状分布误差带中的恒定部分,即丝杠螺距误差和传动滚珠丝杆间隙(故称这种补偿为螺距误差补偿和间隙补偿),不能满足高精度数控系统的精度要求。
全闭环控制将滚珠丝杆机构置于闭环控制之中,使由它们产生的误差得到闭环补偿。但要取得好的控制效果,要求高的位置环增益;而伺服机构、联轴器的误差、间隙和柔性,使得滚珠丝杆系统难以得到很高的位置环增益,补偿效果仍不理想,不能满足超高速、超高精度数控系统的精度和快速性要求。

      只有去掉机械传输等伺服执行机构,滚珠丝杆电机直接耦合或融入到负载上,即直接驱动技术,才能消除间隙、柔性和其它与机械传送相关的问题,以满足超高精度的数控系统对精度和快速性的要求。

      【运动控制】现代数控系统(如数控机床和数控加工中心等等)向着高速、高精度方向发展,如为了缩短辅助操作时间、提高生产率,伺服轴的移动速度要求超过120 m/min;正在研制的超高精度滚珠丝杆镜面铣削加工中心,要求位置分辨率为1纳米;数控磨齿机的分度精度要求小于0.1角秒;惯导测试设备要求位置分辨率小于0.001角秒等等。

       这样高的精度,常规的旋转伺服电机+机械执行机构(减速箱或滚珠丝杆付等)的传动技术不可能达到。因为机械执行机构和联轴器的误差、间隙和柔性,使伺服轴产生成带状分布的运动误差和失动而不是一个恒值,严重影响滚珠丝杆的运动精度和系统快速性。