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双轴驱动滚珠螺杆所需解决之课题
来源: | 作者:HZ | 发布时间: 2022-07-25 | 99 次浏览 | 分享到:

在双轴驱动的应用上,首先会遭遇到的问题便是「如何使双轴螺杆可以同步驱动?」,双轴驱动虽然可以带来高刚性、高响应与大推力的优点,但当两驱动系统异步时,反而容易造成传动机构的提前损坏。一般螺杆驱动系统都是采用半闭回路的控制方式,藉由伺服马达上的编码器来回馈控制,但由于螺杆本身有导程误差的问题存在,因此载台实际的位移量与马达输出的量会有些微的差异,通常会透过预先补偿的方式来使实际的移动量与输入的指令吻合。而在双轴驱动的应用中,两螺杆的导程误差量不可能完全相同,通过控制补偿的方式虽可以达到一定程度的同步,但两螺杆同时锁固在载台基座上时,两配对螺杆间多少会有互相拉扯的现象存在,若两螺杆间的拉扯现象过大时,一般的控制补偿便无法完全消除系统的不同步现象,进而造成驱动系统的不稳定。

采用光学尺即使监测补偿的方式虽然的可以有效的消除两配对螺杆间的动作不同步现象,但相对的却会造成控制成本的提升,大多无法采用这种方式,因此若能尽可能的消除两配对螺杆间的差异,便可以降低控制系统上所需要的成本,同时也可以降低控制的复杂性。一般影响到螺杆定位精度的因素有以下点,因此在螺杆的制造上,只要特别控管这几项因素,便可以降低双轴驱动时的不同步性,以下将针对这几项因素做更详细的讨论。

(1) 导程误差的差异量

(2) 预压扭力的变动差异性

(3) 热温升差异量

(4) 导程误差差异量


根据上面的讨论,于双轴驱动的应用上,即使给于两驱动马达的指令是相同的,但由于螺杆本身的差异,两配对驱动螺杆的实际进给量不可能相同,需要另外透过同步控制的方式才可以相除两配对螺杆间的进给差异。于同步控制的应用中,大多会将一轴滚珠螺杆设为MASTER,而另一轴滚珠螺杆设为SLAVE,根据MASTER与SLAVE两螺杆间的差异量,于SLAVE螺杆的部份施加一速度补正值,藉此达到速度同步的控制,图九所示的是西门子所提出的速度/扭矩耦合之主从控制架构,但当SLAVE侧的补偿值过大时,容易造成马达的发热,马达的热温升现象会直接影响到SLAVE螺杆的定位精度,造成同步补偿的延迟,进而影响到整体进给系统的稳定性。图十所示为三菱重工应用于全电式射出成型机的同步控制法测,于其控制系统中,为了降低补偿延迟的问题,同时监控系统的位置同步性、压力同步性以及速度同步性,比对三者的差异量,选择差异量最小的作为补偿基准,藉此降低因补偿量过大造成的不稳定现象。