專利名稱：數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，采用磁力支撐與導(dǎo)向，直線電機(jī)驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作臺的高速度、高加速度、高精度的無摩擦進(jìn)給。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)包含許多中間傳動環(huán)節(jié)，整個(gè)系統(tǒng)的慣性質(zhì)量較大，系統(tǒng)的動態(tài)性能較差。而且中間環(huán)節(jié)在運(yùn)動過程中產(chǎn)生的彈性變形、摩擦磨損以及反向間隙等，會造成定位進(jìn)給運(yùn)動的滯后和非線性誤差，影響加工精度。此外，絲杠傳動的固有缺陷使工作臺難以達(dá)到很高進(jìn)給速度和精度。
為了提高機(jī)床工作臺的進(jìn)給速度、加速度和定位精度，以直線電機(jī)代替“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+絲杠”驅(qū)動工作臺的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)出現(xiàn)了，它的應(yīng)用取消了原動力和工作臺部件之間的所有中間傳動聯(lián)結(jié)環(huán)節(jié)，簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動。
與傳統(tǒng)機(jī)械直線導(dǎo)軌相比，目前導(dǎo)軌支撐方式中的滾動導(dǎo)軌、塑料滑動導(dǎo)軌雖然摩擦系數(shù)小且耐磨性高，但在高速重載下仍會磨損；液體靜壓導(dǎo)軌處于純液體磨擦狀態(tài)，故導(dǎo)軌不會磨損，精度保持性好，磨擦系數(shù)小，但油污嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高；氣體靜壓導(dǎo)軌與液體靜壓導(dǎo)軌一樣，需要諸多輔助設(shè)備，如空氣壓縮機(jī)、蓄壓器、過濾減壓閥、氣壓傳動和控制部件等，而且氣體懸浮的剛度性能較差。
為了克服上述缺點(diǎn)，滿足日益高速化的加工要求，本發(fā)明采用了磁浮導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)。該導(dǎo)軌不但具有無摩擦、無潤滑、精度高等特點(diǎn)，而且不需要任何輔助設(shè)備。此外，磁浮導(dǎo)軌的剛度性能好，適合重載加工。
目前，磁懸浮支撐與導(dǎo)向配合直線電機(jī)驅(qū)動的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，都存在著承載能力低、驅(qū)動力小等缺點(diǎn)，未能真正取代現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)。例如孫寶玉等人在文獻(xiàn)《直線驅(qū)動磁懸浮進(jìn)給機(jī)構(gòu)的研究》中提出了一種結(jié)構(gòu)，如附圖5所示，該磁懸浮直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)只用兩個(gè)電磁鐵提供懸浮力和導(dǎo)向力，垂直和橫向承載能力低，而且難以滿足機(jī)床加工對工作臺上表面的平面度要求。所以迫切需要開發(fā)有足夠承載力和推力的，可應(yīng)用于實(shí)際加工的磁懸浮直線進(jìn)給系統(tǒng)。
中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所在專利文獻(xiàn)CN1214892C中公開了一種超精密微位移導(dǎo)軌磁懸浮方法及其裝置，但該專利只用兩個(gè)電磁鐵產(chǎn)生懸浮力，所以移動平臺沿橫向的轉(zhuǎn)動自由度沒有限制，從而變得不穩(wěn)定；該專利中，用以產(chǎn)生懸浮力的兩個(gè)電磁鐵同時(shí)也起到導(dǎo)向的作用，必須進(jìn)行解耦控制，增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度；該專利所用的直線電機(jī)為單邊定子結(jié)構(gòu)，直線電機(jī)定子和動子之間存在單邊磁拉力，這給移動平臺造成很大負(fù)擔(dān)。
上海大學(xué)在專利文獻(xiàn)CN1244432C中公開了一種工業(yè)應(yīng)用型主動磁懸浮導(dǎo)軌直線電機(jī)進(jìn)給平臺，但該專利中的固定部件為一兩端支撐的簡支梁結(jié)構(gòu)，剛度性能差，容易變形，承載能力較差；該專利中的直線電機(jī)為雙邊動子結(jié)構(gòu)，且雙邊動子都固定在移動部件上，這就增加了移動部件的無用重量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種新型數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，該系統(tǒng)無摩擦、無潤滑、無污染且可提供足夠承載力和推力，以滿足數(shù)控機(jī)床工作臺日益增長的高速度、高加速度及高精度運(yùn)行要求。
本發(fā)明的另一個(gè)目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)中的諸多缺陷，尋求一個(gè)更為滿意的解決方案。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將磁懸浮支撐和直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)融為一體，消除了工作臺和導(dǎo)軌之間的摩擦，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作臺的無接觸支撐和導(dǎo)向，摒棄了傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的中間傳動環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作臺的零傳動。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上可分為定部件和動部件。定部件包括基座、兩條導(dǎo)軌、光柵尺以及直線電機(jī)定子部件。動部件主要包括工作臺、四個(gè)支撐裝置、四組差動懸浮電磁鐵、兩組導(dǎo)向電磁鐵、八個(gè)電渦流位移傳感器、直線電機(jī)動子部件、光柵讀數(shù)頭以及四個(gè)支撐裝置。各部件的安裝位置為兩條導(dǎo)軌對稱地固定在基座上，光柵尺通過一輔助件安裝在導(dǎo)軌上，以便重復(fù)利用；四組差動懸浮電磁鐵分布于工作臺的四個(gè)角的下方，每組電磁鐵由上下兩個(gè)電磁鐵組成；兩組導(dǎo)向電磁鐵安裝在懸浮電磁鐵的旁邊，且每組的兩個(gè)電磁鐵沿水平向正對安裝；四個(gè)支撐裝置也分別固定在工作臺靠近四個(gè)角位置的下方，其水平向位置在導(dǎo)軌上的光柵測量系統(tǒng)、和懸浮電磁鐵之間；用于檢測懸浮間隙的四個(gè)電渦流位移傳感器分別通過輔助件豎直安裝在四個(gè)下懸浮電磁鐵的旁邊10毫米處，用于檢測導(dǎo)向間隙的四個(gè)電渦流位移傳感器分別通過輔助件沿水平向兩兩正對安裝在四個(gè)導(dǎo)向電磁鐵的旁邊10毫米處，在電磁鐵和傳感器之間留出10毫米間隙是為了避免電磁鐵的磁場對傳感器造成影響。
上述的數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)各部件的具體作用為懸浮電磁鐵承載含工件、工作臺、直線電機(jī)動子部件、懸浮電磁鐵和導(dǎo)向電磁鐵及其聯(lián)接元件的自重以及垂直切削力在內(nèi)的所有垂直方向的載荷；導(dǎo)向電磁鐵控制橫向間隙，消除切削力及其他不確定因素引起的進(jìn)給部件的橫向擾動，保證工作臺的縱向精確進(jìn)給；直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)工作臺的縱向進(jìn)給；支撐裝置可在故障、停機(jī)和突然斷電時(shí)起到橫向和垂直支撐的作用。此外，不銹鋼板機(jī)床導(dǎo)軌防護(hù)罩(圖中未畫出)可起到防屑和隔磁的作用。
上述的數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵都通過支架固定在工作臺上，各電磁鐵和支架之間通過過盈配合連接，支架用鋁基復(fù)合材料制成。懸浮電磁鐵和導(dǎo)向電磁鐵的各參數(shù)都進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化、最優(yōu)化，在實(shí)際操作中，只要工作臺尺寸允許，可將導(dǎo)向和懸浮電磁鐵沿工作臺的縱向多個(gè)排列，以提高垂直和橫向承載能力。此外，本數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)的支撐裝置與導(dǎo)軌之間的橫向、垂直間隙，分別小于導(dǎo)向電磁鐵、懸浮電磁鐵和導(dǎo)軌之間的間隙，所以支撐裝置可在非工作狀態(tài)、突然斷電或故障停機(jī)的情況下起到垂直和橫向支撐的作用。
本發(fā)明數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)給出了一種實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作臺無接觸支撐和導(dǎo)向的方法在工作臺四個(gè)角的下方布置四組差動控制的懸浮電磁鐵，每組懸浮電磁鐵由上下兩個(gè)電磁鐵組成，裝在下懸浮電磁鐵旁邊的電渦流位移傳感器實(shí)時(shí)檢測電磁鐵和導(dǎo)軌之間的間隙，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換裝置和電平匹配電路將間隙量以電流信號的形式送給數(shù)字DSP控制器，DSP經(jīng)運(yùn)算后將差動控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和驅(qū)動器送給懸浮電磁鐵線圈繞組，以調(diào)節(jié)電磁鐵和導(dǎo)軌之間間隙，從而實(shí)現(xiàn)工作臺在垂直方向上的穩(wěn)定懸浮。四組懸浮電磁鐵的解耦控制通過軟件實(shí)現(xiàn)，它們共約束工作臺三個(gè)自由度沿垂直方向的移動、繞縱向的轉(zhuǎn)動和繞橫向的轉(zhuǎn)動。四個(gè)導(dǎo)向電磁鐵安裝在工作臺四個(gè)角下方的懸浮電磁鐵旁邊，其工作原理與懸浮電磁鐵是相同的，不同的是四個(gè)導(dǎo)向電磁鐵分成兩組工作，而且每組電磁鐵沿橫向正對安裝，便于實(shí)現(xiàn)差動控制，導(dǎo)向電磁鐵共約束工作臺兩個(gè)自由度沿橫向的移動和繞豎直方向的轉(zhuǎn)動。
上述的數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)的直流直線電機(jī)的定子部件主要包括永磁體和永磁體磁軛，動子部件包括繞組、繞組支架以及導(dǎo)磁體。其中永磁體采用若干小塊NdFeB永磁體沿縱向連續(xù)排列而成，永磁體磁軛采用#20鋼。動子繞組采用鋁導(dǎo)線繞制而成，繞組支架采用鋁基復(fù)合材料制成，這都是為了減輕動子的重量。動子導(dǎo)磁體采用Ni-Zn軟磁鐵氧體制成，這是為了在保證較好的導(dǎo)磁性能的前提下，盡量提高其電阻率，以減少電機(jī)運(yùn)行時(shí)由于反向感應(yīng)電動勢引起的感應(yīng)電流，從而減少反向電磁力，動子導(dǎo)磁體通過燕尾槽結(jié)構(gòu)和繞組支架連接在一起。該直流直線電機(jī)的控制系統(tǒng)主要包括DSP主控制器、光電隔離電路、A/D及D/A裝換裝置、霍爾電流傳感器、光柵檢測系統(tǒng)以及H型橋式斬波驅(qū)動器，控制系統(tǒng)的電流逆變功能由驅(qū)動器完成，直線電機(jī)的位置及速度調(diào)節(jié)都由軟件實(shí)現(xiàn)。此外，直線電機(jī)的定子和動子基本呈水平向布置。
綜上所述，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作臺的無接觸支撐、導(dǎo)向和直接驅(qū)動的同時(shí)，還給出提高承載能力和驅(qū)動力的方法，使其能夠應(yīng)用于高速度、高加速度的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。
相對于專利文獻(xiàn)CN1214892C來說，本發(fā)明采用了四組懸浮電磁鐵來提供懸浮力，移動平臺沿橫向的轉(zhuǎn)動自由度得到了限制，同時(shí)由于每組電磁鐵都采用了差動控制，故提高了精度；另外本發(fā)明中，懸浮電磁鐵和導(dǎo)向電磁鐵的作用方向相互垂直不存在耦合現(xiàn)象；本發(fā)明中的直線電機(jī)采用雙邊定子結(jié)構(gòu)，不存在單邊磁拉力的問題。
相對于專利文獻(xiàn)CN1244432C來說，本發(fā)明中承載導(dǎo)軌沿縱向處處和基座接觸，故剛度性能好，大大提高了承載能力；另外本發(fā)明中的直線電機(jī)采用雙邊定子結(jié)構(gòu)，而且動子采用輕質(zhì)材料，有效地減小了移動平臺的自重，進(jìn)而提高了承載能力和整個(gè)系統(tǒng)的效率。


附圖1為數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)主視示意圖。
附圖2為數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。
附圖3為數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
附圖4為數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)控制系統(tǒng)示意圖。
附圖5為一種磁懸浮直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
首先，參見附圖1、2、3，本發(fā)明數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)，包含有基座1、固定于基座1上的兩條導(dǎo)軌14、直線電機(jī)定子部件17、18、安裝在工作臺5的四個(gè)角的下方的四組差動懸浮電磁鐵4、10、安裝在懸浮電磁鐵10旁邊的兩組導(dǎo)向電磁鐵11、安裝在懸浮電磁鐵4、10和導(dǎo)向電磁鐵11旁邊的電渦流位移傳感器19、21、安裝在工作臺5下面的直線電機(jī)動子部件8、15、16、安裝在導(dǎo)軌上的光柵尺6、安裝在工作臺下方的光柵讀數(shù)頭7、安裝在工作下方的支撐裝置9以及導(dǎo)軌防護(hù)罩(圖中未畫出)。
下面結(jié)合附圖以本發(fā)明的一個(gè)工作周期為例作詳細(xì)說明。
機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)未啟動時(shí)，各電磁鐵線圈中沒有電流，所以電磁鐵不產(chǎn)生電磁吸力，整個(gè)動平臺靠支撐裝置9支撐在導(dǎo)軌14上。由于支撐裝置9與導(dǎo)軌14之間的橫向、垂直間隙，分別小于導(dǎo)向電磁鐵11、懸浮電磁鐵4和導(dǎo)軌14之間的間隙，所以當(dāng)整個(gè)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)未通電時(shí)，可保證支撐裝置9與導(dǎo)軌14保持橫向和垂直接觸，而各電磁鐵4、10、11與導(dǎo)軌14保持一定間隙。
系統(tǒng)通電后，電磁鐵4、10、11產(chǎn)生對導(dǎo)軌9的垂直方向上的和橫向的電磁吸力，各電渦流位移傳感器19、21將檢測到的電磁鐵4、10、11和導(dǎo)軌9之間的間隙轉(zhuǎn)換成電信號，該信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換電路等裝置被送入DSP主控制器，控制器經(jīng)一系列運(yùn)算輸出控制信號，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和驅(qū)動器將控制電流加到電磁鐵4、10、11的繞組3、12上，調(diào)節(jié)電磁鐵4、10、11與導(dǎo)軌9之間的間隙，從而使動平臺在很短的時(shí)間內(nèi)自動找正，而以設(shè)定間隙懸浮起來，支撐裝置9亦脫離導(dǎo)軌14，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。
動平臺穩(wěn)定懸浮后，位移傳感器19實(shí)時(shí)監(jiān)測懸浮電磁鐵4、10與導(dǎo)軌14之間的間隙，并將該信息反饋給控制系統(tǒng)，當(dāng)懸浮間隙由于干擾而變化時(shí)，控制系統(tǒng)將差動控制電流信號分配給差動懸浮電磁鐵4、10，強(qiáng)迫移動平臺回到設(shè)定位置，通過DSP控制器的PID調(diào)節(jié)使移動平臺穩(wěn)定懸浮。兩組導(dǎo)向電磁鐵11的工作原理與懸浮電磁鐵4、10是一樣的，只不過導(dǎo)向電磁鐵11的作用力方向沿橫向，它主要是為了控制橫向間隙，從而保障工作臺5沿縱向精確進(jìn)給。
當(dāng)需要平臺做縱向進(jìn)給運(yùn)動時(shí)，上位機(jī)發(fā)出速度和位置指令，由光柵檢測系統(tǒng)6、7、A/D裝置、DSP主控制器、D/A裝置以及驅(qū)動器組成的直流直線電機(jī)控制回路，驅(qū)動并調(diào)節(jié)直線電機(jī)動子8、15、16以指定的速度運(yùn)動到指定位置。在此過程中，光柵6、7實(shí)時(shí)檢測動平臺的位置和速度，控制器根據(jù)此信號以很短的時(shí)間間隔做出控制反應(yīng)，這一點(diǎn)在動平臺定位后尤為明顯，實(shí)際上動平臺不可能準(zhǔn)確低定位在某一指定位置，而是在此位置附近作微小顫動，我們可以通過調(diào)節(jié)電機(jī)的PID控制參數(shù)而使該顫動控制在誤差允許的范圍內(nèi)，最高定位精度可達(dá)微米級。此外，值得一提的是，由于本發(fā)明的驅(qū)動裝置采用直流供電，所以需要電流換向裝置，本系統(tǒng)中，換向功能是由驅(qū)動器完成的。
工作完成后，先給直線電機(jī)繞組16斷電，而后逐步減小各電磁鐵4、10、11線圈繞組3、12的電流，使支撐裝置9緩慢落在導(dǎo)軌14上，由于支撐裝置9和導(dǎo)軌14之間的間隙不到0.3毫米，所以接觸時(shí)，幾乎沒有撞擊震動。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)，包含有定部件和動部件；定部件主要包括基座(1)、固定于基座(1)上的導(dǎo)軌(14)以及直線電機(jī)定子部件(17)、(18)；動部件主要包括工作臺(5)、懸浮電磁鐵(4)、(10)、導(dǎo)向電磁鐵(11)、支撐裝置(9)以及直線電機(jī)動子部件(8)、(15)、(16)；其特征在于懸浮電磁鐵共有四組(4)、(10)，并分布于工作臺(5)的四個(gè)角的下方，每組電磁鐵由上下兩個(gè)電磁鐵組成，并設(shè)有懸浮間隙控制系統(tǒng)；導(dǎo)向電磁鐵(11)共有四個(gè)并組成兩組，每組的兩個(gè)電磁鐵沿水平向正對著安裝，并設(shè)有導(dǎo)向間隙控制系統(tǒng)；直線電機(jī)的定子部件(17)、(18)安裝在導(dǎo)軌(14)上，直線電機(jī)動子部件(8)、(15)、(16)安裝在工作臺(5)底部，并設(shè)有直線電機(jī)位置和速度控制系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)，其特征在于懸浮電磁鐵(4)、(10)和導(dǎo)向電磁鐵(11)通過支架(2)、(13)固定在工作臺(5)上，各電磁鐵的鐵芯采用硅鋼片疊壓而成，且和支架(2)、(13)之間通過過盈配合連接，支架(2)、(13)用鋁基復(fù)合材料制成。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)，其特征在于直線電機(jī)定子部件(17)、(18)與直線電機(jī)動子部件(8)、(15)、(16)基本呈水平向布置。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)，其特征在于四個(gè)支撐裝置(9)也分別固定在工作臺(5)靠近四個(gè)角位置的下方，其水平向位置在導(dǎo)軌(14)上的光柵測量系統(tǒng)(6)、(7)和懸浮電磁鐵(10)之間；支撐裝置(9)與導(dǎo)軌(14)之間的橫向、垂直間隙分別小于導(dǎo)向電磁鐵(11)、懸浮電磁鐵(4)和導(dǎo)軌(14)之間的間隙。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)，其特征在于電機(jī)定子部件(17)、(18)采用雙邊結(jié)構(gòu)，主要包括永磁體(17)和磁軛(18)；電機(jī)的動子部件(8)、(15)、(16)包括線圈繞組(16)、導(dǎo)磁體(15)和支架(8)，導(dǎo)磁體(15)通過燕尾槽結(jié)構(gòu)與支架(8)固連，兩個(gè)通以相反方向電流的線圈繞組(16)繞于其上；磁軛(18)的材料為#20鋼，導(dǎo)磁體(15)的材料為Ni-Zn軟磁鐵氧體，繞組支架(8)的材料為鋁基復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)，其特征在于所述懸浮間隙控制系統(tǒng)包括四個(gè)豎直設(shè)置的電渦流位移傳感器(19)，電渦流位移傳感器(19)通過輔助件(20)安裝在四個(gè)下懸浮電磁鐵(4)的旁邊，并與電磁鐵保持10毫米的距離；各傳感器實(shí)時(shí)檢測各電磁鐵(4)、(10)與導(dǎo)軌(14)之間的間隙，并以電信號的形式送往數(shù)字DSP主控制器，DSP控制器輸出的控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和功率放大送給各電磁鐵(4)、(10)的繞組，從而實(shí)現(xiàn)懸浮間隙的控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)，其中導(dǎo)向間隙控制系統(tǒng)的特征在于所述導(dǎo)向間隙的測量系統(tǒng)包括兩對差動檢測的電渦流傳感器(21)，每對傳感器通過輔助件(22)沿橫向正對安裝在導(dǎo)向電磁鐵(11)的旁邊，并與電磁鐵保持10毫米的距離；各傳感器實(shí)時(shí)檢測各電磁鐵(11)與導(dǎo)軌(14)之間的間隙，并以電信號的形式送往數(shù)字DSP主控制器，DSP控制器輸出的控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和功率放大送給各電磁鐵(11)的繞組，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向間隙的控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的數(shù)控機(jī)床磁浮直線進(jìn)給系統(tǒng)，其中所述的直線電機(jī)位置和速度控制系統(tǒng)的特征在于導(dǎo)軌(14)上裝有光柵尺(6)，光柵讀數(shù)頭(7)安裝在工作臺(5)的下方，光柵檢測系統(tǒng)(6)、(7)輸出的信號與DSP主控制器連接，直線電機(jī)動子部件(8)、(15)、(16)的位置調(diào)節(jié)和速度調(diào)節(jié)在DSP內(nèi)由軟件實(shí)現(xiàn)，DSP主控制器輸出的控制信號經(jīng)光電隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換裝置以及H型橋式斬波驅(qū)動器送給直流直線電機(jī)的繞組(16)，實(shí)現(xiàn)直流直線電機(jī)動子部件(8)、(15)、(16)的位置和速度控制。
9.一種實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作臺無接觸支撐和導(dǎo)向的方法在工作臺(5)四個(gè)角的下方布置四組差動控制的懸浮電磁鐵(4)、(10)，每組懸浮電磁鐵由上下兩個(gè)電磁鐵組成，裝在下懸浮電磁鐵(10)旁邊的電渦流位移傳感器(19)實(shí)時(shí)檢測電磁鐵(10)和導(dǎo)軌(14)之間的間隙，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換裝置和電平匹配電路將間隙量以電流信號的形式送給數(shù)字DSP控制器，DSP經(jīng)運(yùn)算后將差動控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和驅(qū)動器送給懸浮電磁鐵(4)、(10)的線圈繞組，以調(diào)節(jié)電磁鐵(4)、(10)和導(dǎo)軌(14)之間間隙，從而實(shí)現(xiàn)工作臺(5)在垂直方向上的穩(wěn)定懸??；四組懸浮電磁鐵(4)、(10)的解耦控制通過軟件實(shí)現(xiàn)，它們共約束工作臺三個(gè)自由度沿垂直方向的移動、繞縱向的轉(zhuǎn)動和繞橫向的轉(zhuǎn)動；四個(gè)導(dǎo)向電磁鐵(11)安裝在工作臺(5)四個(gè)角下方的懸浮電磁鐵(10)旁邊，其工作原理與懸浮電磁鐵(4)、(10)是相同的，不同的是四個(gè)導(dǎo)向電磁鐵(11)分成兩組工作，而且每組電磁鐵沿橫向正對安裝，便于實(shí)現(xiàn)差動控制，導(dǎo)向電磁鐵共約束工作臺兩個(gè)自由度沿橫向的移動和繞豎直方向的轉(zhuǎn)動。
全文摘要
一種新型數(shù)控機(jī)床磁懸浮直線進(jìn)給系統(tǒng)，主要包括機(jī)座(1)、固定于其上的兩條導(dǎo)軌(16)、直線電機(jī)定子部件(17)、(18)、安裝在工作臺(5)底部四個(gè)角的4對差動懸浮電磁鐵(4)、(10)、安裝在懸浮電磁鐵(4)旁邊的2對導(dǎo)向電磁鐵(11)、安裝在工作臺(5)下面的直線電機(jī)動子部件(8)、(15)、(16)、安裝在導(dǎo)軌上的光柵測量系統(tǒng)(6)、(7)以及支撐裝置(9)。本發(fā)明的控制系統(tǒng)為采用DSP主控制器的懸浮電磁鐵(4)、(10)和導(dǎo)向電磁鐵(11)與導(dǎo)軌(16)之間的間隙控制系統(tǒng)以及直線電機(jī)伺服控制系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作臺的無接觸支撐與導(dǎo)向，消除了摩擦磨損，提高了進(jìn)給速度與定位精度，并且提供了足夠的承載力和推力，可用于實(shí)際加工。
文檔編號H02N15/00GK101024270SQ20061016199
公開日2007年8月29日 申請日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者葛研軍, 張文躍, 蔣成勇, 籍延坤, 王磊, 陳鐵年, 韓勇 申請人:大連交通大學(xué)