專利名稱：一種基于電子齒輪的雙軸同步控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于在大型龍門式和橋式數(shù)控設(shè)備中，采用電子齒輪的方式驅(qū)動(dòng)雙邊電機(jī)嚴(yán)格同步的技術(shù)，特別是一種基于電子齒輪的雙軸同步控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)控技術(shù)的推廣，大型數(shù)控設(shè)備被廣泛的應(yīng)用到各種機(jī)械加工領(lǐng)域，以滿足一些體積大、精度高、生產(chǎn)周期要求短的工件加工需求，對(duì)于這些大型龍門式和橋式數(shù)控設(shè)備，經(jīng)常會(huì)有雙軸或多軸嚴(yán)格同步的需求，實(shí)現(xiàn)此同步，雖然可以采用單電機(jī)通過(guò)錐齒輪等機(jī)械機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)雙邊的方案，但是由于這些設(shè)備一般跨度較大，所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，間隙較大，容易造成閉環(huán)控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，而且運(yùn)行噪聲大，維護(hù)困難。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于電子齒輪的雙軸同步控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙邊電機(jī)嚴(yán)格同步。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為:一種基于電子齒輪的雙軸同步控制系統(tǒng)，包括機(jī)械支撐單元、走行單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元、總控制器，其中機(jī)械支撐單元包括第一、二、三、四框架和第一、二龍門架，第一、三、二、四框架首尾相連構(gòu)成四面框架，第一、二框架平行，第三、四框架平行，第一、二龍門架分別設(shè)置在第一、二框架上；走行單元包括第一直線齒條、第二直線齒條、第一承重輪、第二承重輪、第三承重輪、第四承重輪、第五承重輪、第六承重輪、第七承重輪、第八承重輪、第一導(dǎo)向輪、第二導(dǎo)向輪、第三導(dǎo)向輪、第四導(dǎo)向輪、第五導(dǎo)向輪、第六導(dǎo)向輪、第七導(dǎo)向輪、第八導(dǎo)向輪，第一直線齒條設(shè)置在第一框架，第二直線齒條設(shè)置在第二框架上，第一框架上設(shè)有平直導(dǎo)軌，分別供第一承重輪、第二承重輪、第五承重輪、第六承重輪在其上面走行，第二框架上設(shè)有平直導(dǎo)軌，分別供第三承重輪、第四承重輪、第七承重輪、第八承重輪在其上面走行；同時(shí)，所述的第一框架上的平直導(dǎo)軌使第一導(dǎo)向輪、第二導(dǎo)向輪、第五導(dǎo)向輪、第六導(dǎo)向輪在其側(cè)面走行；第二框架上的平直導(dǎo)軌使第三導(dǎo)向輪、第四導(dǎo)向輪、第七導(dǎo)向輪、第八導(dǎo)向輪在其側(cè)面走行；伺服驅(qū)動(dòng)單元包括第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)、第三伺服電機(jī)、第四伺服電機(jī)、第一減速器、第二減速器、第三減速器、第四減速器、第一驅(qū)動(dòng)齒輪、第二驅(qū)動(dòng)齒輪、第三驅(qū)動(dòng)齒輪、第四驅(qū)動(dòng)齒輪，總控制器及各個(gè)電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器統(tǒng)一安裝在電控柜內(nèi)，通過(guò)屏蔽電纜與各自電機(jī)相連；第一伺服電機(jī)上安裝有第一減速器，該第一減速器的輸出軸分別安裝第一驅(qū)動(dòng)齒輪，該第一驅(qū)動(dòng)齒輪與第一直線齒條嚙合，第二伺服電機(jī)上安裝有第二減速器，該第二減速器的輸出軸安裝第二驅(qū)動(dòng)齒輪，該第二驅(qū)動(dòng)齒輪與第二直線齒條嚙合，第一減速器、第一驅(qū)動(dòng)齒輪與第二減速器、第二驅(qū)動(dòng)齒輪都安裝在第一龍門架兩側(cè)上，從而構(gòu)成第一龍門架的驅(qū)動(dòng)部分，通過(guò)第一、二伺服電機(jī)軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)第一龍門架的水平移動(dòng)；[0007]第三伺服電機(jī)上安裝有第三減速器，該第三減速器的輸出軸安裝第三驅(qū)動(dòng)齒輪，該第三驅(qū)動(dòng)齒輪分別與第一直線齒條嚙合，第四伺服電機(jī)上安裝有第四減速器，該第四減速器的輸出軸安裝第四驅(qū)動(dòng)齒輪，該第四驅(qū)動(dòng)齒輪與第二直線齒條嚙合，第三減速器、第三驅(qū)動(dòng)齒輪與第四減速器、第四驅(qū)動(dòng)齒輪都安裝在第二龍門架兩側(cè)上，從而構(gòu)成第二龍門架的驅(qū)動(dòng)部分，通過(guò)第三、四伺服電機(jī)軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)第二龍門架的水平移動(dòng)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):(I)摒棄了傳統(tǒng)直連的連接方式，可以方便實(shí)現(xiàn)雙軸轉(zhuǎn)動(dòng)嚴(yán)格同步，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了雙邊電機(jī)精確、平穩(wěn)傳動(dòng)。(2)運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、高可靠性，為龍門機(jī)械手的性能發(fā)揮提供了有力保障。(3)簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)定位精度，減少了故障發(fā)生的概率，降低了系統(tǒng)成本。(4)電機(jī)的位置反饋系統(tǒng)可以記錄各個(gè)時(shí)刻電機(jī)所在的實(shí)際位置信息，因此程序中可以加入軟限位功能，提高了系統(tǒng)的安全性能。(5)系統(tǒng)柔性好，只需要修改程序，即可改變電機(jī)的速度、加速度值。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖1是基于電子齒輪的雙軸同步控制系統(tǒng)的俯視圖。圖2是基于電子齒輪的雙軸同步控制系統(tǒng)的局部側(cè)視圖。圖3是基于電子齒輪的雙軸同步控制系統(tǒng)的策略流程圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1和圖3，本實(shí)用新型基于電子齒輪的雙軸同步控制系統(tǒng)，將兩個(gè)反方向運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)軸，一個(gè)設(shè)定為主動(dòng)軸，另一個(gè)設(shè)定為從動(dòng)軸，由一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)伺服電機(jī)、一個(gè)位置反饋裝置及控制器位置控制單元組成主動(dòng)軸伺服運(yùn)動(dòng)控制回路，同時(shí)由另一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器、另一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)、另一個(gè)位置反饋裝置及控制器位置控制單元組成從動(dòng)軸伺服運(yùn)動(dòng)控制回路，總控制器的位置控制單元同時(shí)向主動(dòng)軸及從動(dòng)軸的伺服控制回路發(fā)出位置伺服運(yùn)動(dòng)指令，兩個(gè)位置反饋裝置的反饋信號(hào)除了送回各自的伺服驅(qū)動(dòng)器比較環(huán)，還送入總控制器內(nèi)部的一個(gè)數(shù)字比較器進(jìn)行差值比較，該差值送入從動(dòng)軸伺服控制回路的輸入端，與總控制器的位置控制單元發(fā)來(lái)的位置伺服指令進(jìn)行比較，兩個(gè)位置反饋裝置的反饋信號(hào)差值就是主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的同步誤差，差值為零時(shí)，表明兩個(gè)軸的位置完全同步。結(jié)合圖1和圖2，實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)的基于電子齒輪的雙軸同步控制系統(tǒng)，包括機(jī)械支撐單元、走行單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元、控制器，其中機(jī)械支撐單元包括第一、二、三、四框架 KJ101、KJ102、KJ103、KJ104 和第一、二龍門架 LM01、LM02，第一、三、二、四框架 KJ101、KJ103、KJ102、KJ104首尾相連構(gòu)成四面框架，第一、二框架KJ101、KJ102平行，第三、四框架KJ103、KJ104平行，第一、二龍門架LM01、LM02分別設(shè)置在第一、二框架KJ101、KJ102上；走行單元包括第一直線齒條CT101、第二直線齒條CT102、第一承重輪CZ101、第二承重輪CZ102、第三承重輪CZ103、第四承重輪CZ104、第五承重輪CZ201、第六承重輪CZ202、第七承重輪CZ203、第八承重輪CZ204 (承重輪保證龍門架有較好的承載能力)、第一導(dǎo)向輪DX101、第二導(dǎo)向輪DX102、第三導(dǎo)向輪DX103、第四導(dǎo)向輪DX104、第五導(dǎo)向輪DX201、第六導(dǎo)向輪DX202、第七導(dǎo)向輪DX203、第八導(dǎo)向輪DX204 (導(dǎo)向輪保證其在雙軸同步失效的情況下，也不會(huì)過(guò)度偏移發(fā)生危險(xiǎn))，第一直線齒條CTlOl設(shè)置在第一框架KJlOl上，第二直線齒條CT102設(shè)置在第二框架KJ102上，第一框架KJlOl上設(shè)有平直導(dǎo)軌，分別供第一承重輪CZ101、第二承重輪CZ102、第五承重輪CZ201、第六承重輪CZ202在其上面走行，第二框架KJ102上設(shè)有平直導(dǎo)軌，分別供第三承重輪CZ103、第四承重輪CZ104、第七承重輪CZ203、第八承重輪CZ204在其上面走行；同時(shí)，所述的第一框架KJlOl上的平直導(dǎo)軌使第一導(dǎo)向輪DX101、第二導(dǎo)向輪DX102、第五導(dǎo)向輪DX201、第六導(dǎo)向輪DX202在其側(cè)面走行；第二框架KJ102上的平直導(dǎo)軌使第三導(dǎo)向輪DX103、第四導(dǎo)向輪DX104、第七導(dǎo)向輪DX203、第八導(dǎo)向輪DX204在其側(cè)面走行；伺服驅(qū)動(dòng)單元包括第一伺服電機(jī)SMlO1、第二伺服電機(jī)SM102、第三伺服電機(jī)SM103、第四伺服電機(jī)SM104(總控制器及各個(gè)電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器統(tǒng)一安裝在電控柜內(nèi)，總控制器選用奧地利KEBA工業(yè)自動(dòng)化公司的多軸運(yùn)動(dòng)控制器，伺服驅(qū)動(dòng)器選用德國(guó)路斯特公司的伺服驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)屏蔽電纜與各自電機(jī)相連)、第一減速器JS101、第二減速器JS102、第三減速器JS103、第四減速器JS104、第一驅(qū)動(dòng)齒輪QDlOl、第二驅(qū)動(dòng)齒輪QD102、第三驅(qū)動(dòng)齒輪QD201、第四驅(qū)動(dòng)齒輪QD202，第一伺服電機(jī)SMlOl上安裝有第一減速器JS101,該第一減速器JSlOl的輸出軸分別安裝第一驅(qū)動(dòng)齒輪QDlOl，該第一驅(qū)動(dòng)齒輪QDlOl與第一直線齒條CTlOl嚙合，第二伺服電機(jī)SM102上安裝有第二減速器JS102，該第二減速器JS102的輸出軸安裝第二驅(qū)動(dòng)齒輪QD102，該第二驅(qū)動(dòng)齒輪QD201與第二直線齒條CT102嚙合，第一減速器JSlOl、第一驅(qū)動(dòng)齒輪QDlOl與第二減速器JS102、第二驅(qū)動(dòng)齒輪QD102都安裝在第一龍門架LMOl兩側(cè)上，從而構(gòu)成第一龍門架LMOl的驅(qū)動(dòng)部分，通過(guò)第一、二伺服電機(jī)SM101、SM102軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)第一龍門架LMOl的水平移動(dòng)。第三伺服電機(jī)SM103上安裝有第三減速器JS103，該第三減速器JS103的輸出軸安裝第三驅(qū)動(dòng)齒輪QD201，該第三驅(qū)動(dòng)齒輪QD201分別與第一直線齒條CTlOl嚙合，第四伺服電機(jī)SM104上安裝有第四減速器JS104，該第四減速器JS104的輸出軸安裝第四驅(qū)動(dòng)齒輪QD202，該第四驅(qū)動(dòng)齒輪QD202與第二直線齒條CT102嚙合，第三減速器JS103、第三驅(qū)動(dòng)齒輪QD201與第四減速器JS104、第四驅(qū)動(dòng)齒輪QD202都安裝在第二龍門架LM02兩側(cè)上，從而構(gòu)成第二龍門架LM02的驅(qū)動(dòng)部分，通過(guò)第三、四伺服電機(jī)SM103、SM104軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)第二龍門架LM02的水平移動(dòng)。第一龍門架LMOl與第二龍門架LM02的同步實(shí)現(xiàn)過(guò)程相同，下面以第一龍門架LMOl的實(shí)現(xiàn)過(guò)程加以說(shuō)明。第一龍門控制過(guò)程如下:第一龍門架LMOl上安裝有第一伺服電機(jī)SMlOl及第二伺服電機(jī)SM102，SM101、SM102上分別安裝減速器JS101、JS102。第一伺服電機(jī)SMlOl設(shè)定為主動(dòng)軸，第二伺服電機(jī)SM102設(shè)定為從動(dòng)軸，控制的目的是使從動(dòng)軸伺服電機(jī)SM102與主動(dòng)軸伺服電機(jī)SMlOl時(shí)刻保持轉(zhuǎn)速相同。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，總控制器的位置控制單元同時(shí)向主動(dòng)軸伺服控制器SRlOl及從動(dòng)軸伺服控制器SR102發(fā)送位置伺服運(yùn)動(dòng)指令，伺服控制器SRlOl及SR102分別驅(qū)動(dòng)電機(jī)SMlOl及SM102運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)軸內(nèi)部安裝有位置檢測(cè)裝置(光電編碼器)，兩個(gè)位置反饋裝置的反饋信號(hào)MS101、MS102除了送回各自的伺服驅(qū)動(dòng)器SR101、SR102比較環(huán)，還送入控制器內(nèi)部的一個(gè)數(shù)字比較器進(jìn)行差值比較，比較的差值為零時(shí)，表示兩軸完全同步，比較差值為正值時(shí)，表示主動(dòng)軸電機(jī)轉(zhuǎn)速較快，為負(fù)值時(shí)，表示從動(dòng)軸電機(jī)轉(zhuǎn)速較快。比較后的差值經(jīng)控制器進(jìn)行系數(shù)校正，然后該差值信號(hào)MS103送入從動(dòng)軸伺服控制回路的輸入端，與控制器位置控制單元發(fā)來(lái)的位置伺服指令MS001進(jìn)行比較，比較后的指令輸入到從動(dòng)軸的伺服驅(qū)動(dòng)器中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)從動(dòng)軸輸入指令進(jìn)行校正，也保證了兩軸電機(jī)轉(zhuǎn)速同步。龍門架LMOl和LM02使用兩套相同的雙軸同步控制系統(tǒng)，上述過(guò)程為第一龍門架LMOl的同步過(guò)程，第二龍門架LM02的過(guò)程與此相同。
權(quán)利要求1.一種基于電子齒輪的雙軸同步控制系統(tǒng)，其特征在于包括機(jī)械支撐單元、走行單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元、總控制器，其中機(jī)械支撐單元包括第一、二、三、四框架(KJ101、KJ102、KJ103、KJ104)和第一、二龍門架(LM01、LM02)，第一、三、二、四框架(KJ101、KJ103、KJ102、KJ104)首尾相連構(gòu)成四面框架，第一、二框架(KJ101、KJ102)平行，第三、四框架(KJ103、KJ104)平行，第一、二龍門架(LM01、LM02)分別設(shè)置在第一、二框架(KJlO1、KJ102)上； 走行單元包括第一直線齒條(CT101)、第二直線齒條(CT102)、第一承重輪(CZ101)、第二承重輪(CZ102)、第三承重輪(CZ103)、第四承重輪(CZ104)、第五承重輪(CZ201)、第六承重輪(CZ202)、第七承重輪(CZ203)、第八承重輪(CZ204)、第一導(dǎo)向輪(DX101)、第二導(dǎo)向輪(DX102)、第三導(dǎo)向輪(DX103)、第四導(dǎo)向輪(DX104)、第五導(dǎo)向輪(DX201)、第六導(dǎo)向輪(DX202)、第七導(dǎo)向輪(DX203)、第八導(dǎo)向輪(DX204)，第一直線齒條(CTlOl)設(shè)置在第一框架(KJ101上)，第二直線齒條(CT102)設(shè)置在第二框架(KJ102)上，第一框架(KJ101)上設(shè)有平直導(dǎo)軌，分別供第一承重輪(CZ101)、第二承重輪(CZ102)、第五承重輪(CZ201)、第六承重輪(CZ202)在其上面走行，第二框架(KJ102)上設(shè)有平直導(dǎo)軌，分別供第三承重輪(CZ103)、第四承重輪(CZ104)、第七承重輪(CZ203)、第八承重輪(CZ204)在其上面走行；同時(shí)，所述的第一框架(KJlOl)上的平直導(dǎo)軌使第一導(dǎo)向輪(DX101)、第二導(dǎo)向輪(DX102)、第五導(dǎo)向輪(DX201)、第六導(dǎo)向輪(DX202)在其側(cè)面走行；第二框架(KJ102)上的平直導(dǎo)軌使第三導(dǎo)向輪(DX103)、第四導(dǎo)向輪(DX104)、第七導(dǎo)向輪(DX203)、第八導(dǎo)向輪(DX204)在其側(cè)面走行； 伺服驅(qū)動(dòng)單元包括第一伺服電機(jī)(SMlOl )、第二伺服電機(jī)(SM102)、第三伺服電機(jī)(SM103)、第四伺服電機(jī)(SM104)、第一減速器(JS101)、第二減速器(JS102)、第三減速器(JS103)、第四減速器(JS104)、第一驅(qū)動(dòng)齒輪(QD101)、第二驅(qū)動(dòng)齒輪(QD102)、第三驅(qū)動(dòng)齒輪(QD201)、第四驅(qū)動(dòng)齒輪(QD202)，總控制器及各個(gè)電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器統(tǒng)一安裝在電控柜內(nèi)，通過(guò)屏蔽電纜與各自電機(jī)相連；第一伺服電機(jī)(SMlOl)上安裝有第一減速器(JS101),該第一減速器(JSIOI)的輸出軸分別安裝第一驅(qū)動(dòng)齒輪(QDIOI )，該第一驅(qū)動(dòng)齒輪(QDIOI)與第一直線齒條(CTlOl)嚙合，第二伺服電機(jī)(SM102)上安裝有第二減速器(JS102)，該第二減速器(JS102)的輸出軸安裝第二驅(qū)動(dòng)齒輪(QD102)，該第二驅(qū)動(dòng)齒輪(QD201)與第二直線齒條(CT102)嚙合，第一減速器(JS101)、第一驅(qū)動(dòng)齒輪(QDlOl)與第二減速器(JS102)、第二驅(qū)動(dòng)齒輪(QD102)都安裝在第一龍門架(LMOl)兩側(cè)上，從而構(gòu)成第一龍門架(LMOl)的驅(qū)動(dòng)部分，通過(guò)第一、二伺服電機(jī)(SM101、SM102)軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)第一龍門架(LMOl)的水平移動(dòng)； 第三伺服電機(jī)(SM103)上安裝有第三減速器(JS103)，該第三減速器(JS103)的輸出軸安裝第三驅(qū)動(dòng)齒輪(QD201 )，該第三驅(qū)動(dòng)齒輪(QD201)分別與第一直線齒條(CT101)嚙合，第四伺服電機(jī)(SM104)上安裝有第四減速器(JS104)，該第四減速器(JS104)的輸出軸安裝第四驅(qū)動(dòng)齒輪(QD202)，該第四驅(qū)動(dòng)齒輪(QD202)與第二直線齒條(CT102)嚙合，第三減速器(JS103)、第三驅(qū)動(dòng)齒輪(QD201)與第四減速器(JS104)、第四驅(qū)動(dòng)齒輪(QD202)都安裝在第二龍門架(LM02)兩側(cè)上，從而構(gòu)成第二龍門架(LM02)的驅(qū)動(dòng)部分，通過(guò)第三、四伺服電機(jī)(SM103、SM104)軸的同步轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)第二龍門架(LM02)的水平移動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于電子齒輪的雙軸同步控制系統(tǒng)，主要包括機(jī)械支撐單元、走行單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元、控制器。其中，機(jī)械支撐單元包括框架和龍門架；走行單元包括直線齒條、承重輪、導(dǎo)向輪；伺服驅(qū)動(dòng)單元包括伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器、減速器、驅(qū)動(dòng)齒輪。本實(shí)用新型可以保證兩個(gè)電機(jī)嚴(yán)格同步運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)大跨距龍門架的平穩(wěn)直線運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G05B19/414GK203025529SQ20122062116
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者朱文亮, 花磊, 洪草根, 桑楠, 竇新民 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一六研究所