數控工具機磁懸浮進給平臺的製作方法
2023-06-04 02:56:36
專利名稱：數控工具機磁懸浮進給平臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種進給平臺，特別是涉及一種用於數控工具機的無摩擦、直接進給的數控工具機磁懸浮進給平臺，屬於數控技術領域。
背景技術：
數控工具機進給平臺在加工過程中產生的摩擦阻力，特別是在低速時的非線性摩擦不可避免地影響進給系統的精度，導致進給系統產生爬行以及造成反向死區。摩擦是引起數控工具機熱變形的原因之一，是影響加工精度的重要因素。摩擦也是引起磨損、產生噪音的
因素，需要良好的潤滑來提高工具機壽命。因此，如何有效的減小或消除摩擦己成為制約數控工具機進給平臺性能的技術瓶頸。現有的數控工具機磁懸浮進給平臺利用永磁直線電動機，或者利用其它類型的直線電動機作為驅動元件，附加多點支撐的電磁鐵進行懸浮，裝置複雜，特別是缺乏進給平臺直接自動懸浮的能力，在工具機本體設計時不得不考慮懸浮問題，限制了磁懸浮進給平臺的使用和推廣，影響磁懸浮進給平臺運行的穩定性和可靠性。
發明內容
發明目的本發明提供一種數控工具機磁懸浮進給平臺，其目的是解決以往的數控工具機磁懸浮進給平臺依靠電磁鐵多點支撐懸浮，結構複雜、穩定性和可靠性差，特別是無法很好的解決摩擦阻力的技術問題。技術方案本發明是通過以下技術方案實現的
一種數控工具機磁懸浮進給平臺，其特徵在於所述進給平臺包括進給平臺和長定子直線同步電動機，所述長定子直線同步電動機主要包括定子鐵心和使用時與定子鐵心做相對移動的動子鐵心；所述進給平臺安裝在動子鐵心上；在所述動子鐵心內設置有能使動子鐵心在定子鐵心上懸浮的勵磁繞組，在所述定子鐵心內設置有能推動動子鐵心相對於定子鐵心移動的推力繞組；在所述進給平臺上設置有電渦流傳感器；在所述定子鐵心上設置有長光柵傳感器；所述勵磁繞組和電渦流傳感器連接至磁懸浮控制系統；所述推力繞組和長光柵傳感器連接至進給控制系統。所述磁懸浮控制系統包括直流PWM變換器、比例調節器和電流PI調節器，所述電渦流傳感器連接至比例調節器，比例調節器連接至電流PI調節器，電流PI調節器連接至直流PWM變換器，直流PWM變換器連接至勵磁繞組；所述進給控制系統包括SPWM變換器、位置
比例調節器、速度PI調節器、電流PI調節器和可以產生推力的逆變器；所述長光柵傳感器連接至位置比例調節器，位置比例調節器連接至速度PI調節器，速度PI調節器連接至進給控制系統內的電流PI調節器，該電流PI調節器連接至SPWM變換器，SPWM變換器連接至可以產生推力的逆變器，可以產生推力電流的逆變器與推力繞組連接。所述定子鐵心設置在基座下部，在基座上部還設置有輔助導軌。長定子直線同步電動機的磁極既是勵磁磁極，同時也是懸浮磁極。
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優點及效果本發明提供一種數控工具機磁懸浮進給平臺，包括進給平臺和長定子直線同步電動機，所述長定子直線同步電動機主要包括定子鐵心和可以與定子鐵心做相對運動的動子鐵心，其特徵在於所述進給平臺與動子鐵心固定連接；在所述動子鐵心內設置有勵磁繞組，在所述定子鐵心內設置有推力繞組；在所述進給平臺上設置有電渦流傳感器；在所述定子鐵心上設置有長光柵傳感器；所述勵磁繞組和電渦流傳感器連接至磁懸浮控制系統；所述推力繞組和長光柵傳感器連接至進給控制系統。為了解決以往的數控工具機進給平臺存在的問題，本發明將進給平臺的進給和磁懸浮由同一臺直線同步電動機同時來實現，也就是說將直線同步電動機與進給平臺結合起來，將進給平臺直接安裝在長定子直線同步電動機的動子上，進給平臺的進給運動是由直線同步電動機的切向電磁推力來實現的，通過調節推力繞組的電流來改變電磁推力；磁懸浮力是動子鐵心上的勵磁磁極和直線同步電動機的定子鐵心之間產生的單邊磁拉力，通過調節勵磁電流來調節磁懸浮力。長定子直線同步電動機的磁極既是勵磁磁極，同時也是懸浮磁極。這不同於以往的電磁鐵磁懸浮系統，該發明是靠電動機自身產生的磁懸浮力來運行，進給平臺具有直接自動懸浮的能力，能夠克服以往進給平臺電磁鐵多點支撐懸浮、裝置複雜使得其影響運行穩定性和可靠性的技術問題。另外，該發明還包括以下技術特徵長定子直線同步電動機的推力繞組電流為整個裝置提供電磁推力，並採用i。一 0的矢量控制方式。勵磁電流的大小由磁懸浮控制系統來完成，系統的主電路為直流PwM變換器，採用懸浮高度與勵磁電流雙閉環控制。懸浮高度控制器為比例調節器，以防止懸浮高度超調， 而勵磁電流採用PI調節器。平臺的進給過程是由進給控制系統來完成的，這是一個位置、速度和電流組成的三環控制系統。位置環為比例調節器，速度和電流採用PI調節器。由於磁力線總是沿磁阻最小的路徑閉合，進給平臺與長定子直線同步電動機的動子鐵心直接相連，在磁拉力作用下，進給平臺與動子鐵心不會向側面偏斜，相當於現有技術中的導向電磁鐵。磁拉力的作用遠遠大於電磁推力，因此，相當於在電動機的運動方向上兩側有多個導向電磁鐵。本發明具體優點如下
1、進給平臺的進給和磁懸浮是由同一臺直線同步電動機同時來完成的，無需電磁鐵多點支撐懸浮，平臺結構簡單、可靠性高。2、進給平臺直接與直線同步電動機的動子固定相連，進給平臺的導軌同時也是直線同步電動機的輔助導軌。3、與以往由純永磁直線同步電動機組成的進給平臺比較，克服了氣隙磁場難以調節的缺點。4、與以往永磁和電勵磁混合勵磁直線同步電動機組成的進給平臺比較，具有磁路結構簡單容易實現的特點。5、該發明的進給平臺為無摩擦直接進給，與導軌之間不存在摩擦阻力，提高了進給系統的精度和響應速度，消除了爬行以及反向死區、熱變形、磨損、噪音以及免潤滑，提高了工具機壽命。該發明採用電勵磁的直線同步電動機的法向磁拉力使進給平臺懸浮以消除摩擦，使數控工具機進給平臺在直接驅動的同時能夠從根本上消除摩擦實現無摩擦進給，而不用象以往那樣單獨另設電動機和電磁鐵；徹底將整個裝置簡化，並且大大提高了工作效率，對進一步提高數控工具機進給平臺的加工精度具有重要意義。
圖1為本發明的數控工具機磁懸浮進給平臺結構示意圖； 圖2為該發明平臺控制系統原理框圖中標號說明如下1、進給平臺；2、動子鐵心；3、勵磁繞組；4、定子鐵心瓜推力繞組 .6、輔助導軌；7、電渦流傳感器.8、長光柵傳感器；9、進給控制系統；10、磁懸浮控制系統； 11、基座。具
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步的說明
數控工具機磁懸浮進給平臺，包括進給平臺1和長定子直線同步電動機，所述長定子直線同步電動機主要包括定子鐵心4和使用時與定子鐵心4做相對移動的動子鐵心2，所述進給平臺1安裝在動子鐵心2上；在所述動子鐵心2內設置有勵磁繞組3，勵磁繞組3可以使得動子鐵心2與定子鐵心4之間產生磁懸浮；在所述定子鐵心4內設置有推力繞組5，推力繞組5可以使得動子鐵心2相對於定子鐵心4做相對移動。如圖1所示，勵磁繞組3和推力繞組5的布線方向與動子鐵心2沿定子鐵心4的移動方向垂直。在所述進給平臺1上設置有電渦流傳感器7 ；在所述定子鐵心4上設置有長光柵傳感器8 ；所述勵磁繞組3和電渦流傳感器7連接至磁懸浮控制系統10 ；所述推力繞組5和長光柵傳感器8連接至進給控制系統9。如圖2所示，所述磁懸浮控制系統10包括PwM變換器、比例調節器和電流PI調節器；所述電渦流傳感器7連接至比例調節器，比例調節器連接至電流PI調節器，電流PI 調節器連接至PwM變換器，PwM變換器連接至勵磁繞組3 ；勵磁繞組3與直流PwM變換器相連，在氣隙中產生磁場，其大小由懸浮高度來決定。將給定懸浮高度與電渦流傳感器7檢測到的反饋高度相比較形成誤差信號，該誤差信號通過比例調節器運算得到勵磁電流的給定量，經過電流PI調節器產生直流PwM變換器的控制信號，通過改變佔空比來調節勵磁電流的大小，對氣隙磁場進行調節，從而改變磁拉力的大小，形成一個懸浮高度的自動調節系統，當進給平臺1、動子鐵心2以及進給平臺1所負載的總重量與磁拉力的大小相等時進給平臺1處於懸浮狀態，這一過程是由磁懸浮控制系統10來完成的，以保證在負載擾動時懸浮高度不變。所述進給控制系統9包括SPwM變換器、位置比例調節器、速度PI調節器、電流PI 調節器和可以產生推力的逆變器；所述sPwM變換器就是正弦波脈衝寬度調製變換器；所述長光柵傳感器8連接至位置比例調節器，位置比例調節器連接至速度PI調節器，速度PI調
節器連接至進給控制系統9內的電流PI調節器，該電流PI調節器連接至sPwM變換器， sPwM變換器連接至可以產生推力的逆變器，可以產生推力的逆變器與推力繞組5連接。當在定子鐵心4的推力繞組5中通入三相對稱正弦電流後，在氣隙中產生行波磁場。行波磁場與在動子鐵心2上的勵磁繞組3產生的勵磁磁場相互作用產生電磁推力。進給平臺1的進給過程是由進給控制系統9來完成的，這是一個位置、速度和電流組成的三環控制系統。將進給量與長光柵傳感器8檢測到的反饋量相比較形成位置誤差信號，該誤差信號通過位置比例調節器運算得到進給速度的給定量，它與由長光柵傳感器8檢測到的位置信號中分離出的速度反饋信號比較形成進給速度誤差信號，該誤差信號通過速度PI調節器運算後形成電流的給定量，再與電流的反饋量相比較形成電流誤差信號，該誤差信號通過電流PI調節器運算得到產生推力的逆變器的控制信號，通過對推力繞組電流採用i。一 0的矢量控制方式，來完成的系統的調節作用。因此，進給控制系統9本質上也是一個位置伺服系統。所述定子鐵心4設置在基座11下部，在基座11上部還設置有輔助導軌6。當磁懸浮進給平臺1不工作時，停在基座11上的輔助導軌6上，所述動子鐵心2工作時就是沿著輔助導軌6移動。輔助導軌6既是進給平臺的導軌，同時也是直線同步電動機的導軌，不用在長定子直線同步電動機上另設導軌，節省材料的同時，提高了工作效率。該發明的平臺進給和磁懸浮由同一臺長定子直線同步電動機同時來實現，進給平臺直接安裝在長定子直線同步電動機的動子上，進給平臺的進給運動是由直線同步電動機的切向電磁推力來實現的，通過調節推力繞組的電流來改變電磁推力；磁懸浮力是動子鐵心上的勵磁磁極和長定子直線同步電動機的定子鐵心之間產生的單邊磁拉力，通過調節勵磁電流來調節磁懸浮力，進給平臺依靠電動機自身產生的磁懸浮力來運行，具有直接自動懸浮的能力。該長定子直線同步電動機的磁極既是勵磁磁極，同時也是懸浮磁極。圖2為進給控制系統和磁懸浮控制系統的原理框圖。該發明採用電勵磁的長定子直線同步電動機的法向磁拉力使進給平臺懸浮以消除摩擦，使數控工具機進給平臺在直接驅動的同時能夠從根本上消除摩擦實現無摩擦進給， 並且不用單獨另設電動機和電磁鐵，對進一步提高數控工具機進給平臺的加工精度具有重要意義，並且結構簡潔合理，比較利於在數控領域推廣應用。
權利要求
1.數控工具機磁懸浮進給平臺，其特徵在於所述進給平臺包括進給平臺和長定子直線同步電動機，所述長定子直線同步電動機主要包括定子鐵心和使用時與定子鐵心做相對移動的動子鐵心；所述進給平臺安裝在動子鐵心上；在所述動子鐵心內設置有能使動子鐵心在定子鐵心上懸浮的勵磁繞組，在所述定子鐵心內設置有能推動動子鐵心相對於定子鐵心移動的推力繞組；在所述進給平臺上設置有電渦流傳感器；在所述定子鐵心上設置有長光柵傳感器；所述勵磁繞組和電渦流傳感器連接至磁懸浮控制系統；所述推力繞組和長光柵傳感器連接至進給控制系統；所述磁懸浮控制系統包括直流PWM變換器、比例調節器和電流PI調節器，所述電渦流傳感器連接至比例調節器，比例調節器連接至電流PI調節器，電流PI調節器連接至直流PWM變換器，直流PwM變換器連接至勵磁繞組；所述進給控制系統包括SPWM變換器、位置比例調節器、速度PI調節器、電流PI調節器和可以產生推力的逆變器；所述長光柵傳感器連接至位置比例調節器，位置比例調節器連接至速度PI調節器，速度PI調節器連接至進給控制系統內的電流PI調節器，該電流PI調節器連接至SPWM變換器，SPWM變換器連接至可以產生推力的逆變器，可以產生推力電流的逆變器與推力繞組連接；所述定子鐵心設置在基座下部，在基座上部還設置有輔助導軌；長定子直線同步電動機的磁極既是勵磁磁極，同時也是懸浮磁極。
全文摘要
數控工具機磁懸浮進給平臺，包括進給平臺和長定子直線同步電動機，所述長定子直線同步電動機主要包括定子鐵心和可以與定子鐵心做相對運動的動子鐵心，其特徵在於所述進給平臺安裝在動子鐵心上；在所述動子鐵心內設置有勵磁繞組，在所述定子鐵心內設置有推力繞組；在所述進給平臺上設置有電渦流傳感器；在所述定子鐵心上設置有長光柵傳感器；所述勵磁繞組和電渦流傳感器連接至磁懸浮控制系統；所述推力繞組和長光柵傳感器連接至進給控制系統。該發明採用電勵磁的直線同步電動機的法向磁拉力使進給平臺懸浮以消除摩擦，對進一步提高數控工具機進給平臺的加工精度具有重要意義。
文檔編號B23Q5/34GK102476311SQ20101055350
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者孫文秀 申請人:大連創達技術交易市場有限公司