[实用新型]龙门移动镗铣床横梁磁悬浮与零相位直线驱动装置

说明书

技术领域

本实用新型属于数控技术领域，特别涉及一种龙门移动镗铣床横梁磁悬浮与零相位直线驱动装置。

背景技术

高精度大型数控机床是国民经济、国防建设中的关键装备与战略物资，我国与先进国家尚有较大差距。在大型加工设备中，龙门移动式数控加工中心是最具有代表性的机床之一。在龙门移动式加工中心中，移动部件和静止导轨之间存在着摩擦，降低运动副精度，磨损发热，使精密部件变形。特别是在低速微进给情况下，由于摩擦与运动速度间存在的非线性，可能产生所谓的尺蠖运动方式或混沌不清的极限环现象，严重破坏了对微进给、高精度、高响应能力的进给性能要求。因此减小摩擦历来是提高机床水平关键技术之一，要想从根本上彻底解决摩擦问题，唯有把两个相对运动的接触面分离开来，不直接发生接触。也就是说，把具有一定重量的运动体悬浮起来，这才是解决摩擦问题的根本出路。为此，必须采用悬浮技术将运动部件悬浮起来。气浮由于存在刚度较差等缺点，而不宜在重型机床上应用。由于电磁悬浮可控性好，精度高，无噪声，刚度好等特点，是很有发展前途的悬浮方案。

另外，数控机床的同步控制问题当前具有代表性的方案是：立柱两边各采用一套交流伺服电动机，即所谓的双电机驱动方案，各自检测与控制自身的加速度、速度和位移，即所谓的双检测方法。龙门机床的横梁，通常由两根丝杠驱动。当刀架或主轴箱不在横梁中心点时，则丝杠的受力是不对称的，因而会发生横梁的倾斜。这时要根据刀架或主轴箱所在的位置对二边驱动电机系统进行适当补偿，使之平衡。在只有一根丝杠的传动结构中，可以增设一套伺服电机系统，根据这根丝杠所确定的横梁倾斜方向的高或低，而使丝杠获得相应的多转一点或少转一点的运动，从而使横梁调整到水平，这就是一种自动调平的方法。大跨度龙门框架二边立柱不同步，将会通过横梁或固定框架梁顶互相间产生机械耦合，可以采用检测应力的方法，补偿控制立柱伺服系统。二个伺服电机驱动系统若采用并联结构，实行独立控制，无法保证同步性能，甚至因龙门框架的二立柱间存在机械耦合而造成设备损坏。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了龙门移动镗铣床横梁磁悬浮与零相位直线驱动装置。

本实用新型装置包括磁悬浮横梁直线电机驱动龙门移动式加工机床以及控制电路。

其中磁悬浮横梁直线电机驱动龙门移动式加工机床包括伺服单元(包括伺服电动机与传感器、伺服驱动器)、箱式横梁、X方向直线电机、导向单元(包括电机、传感器与驱动器)、U型一体化床身、工作台、主悬浮电磁铁、补偿电磁铁、主轴单元(主轴驱动电动机与传感器、主轴驱动器)和刀具，床身与立柱成U型一体化床身，工作台置于U型床身内底部，U型一体化床身上部两外侧成凹槽，且这两个凹槽相互对称，箱式横梁两端部延伸形成凹槽并与U型一体化床身成嵌套结构，主轴单元设置在箱式横梁上，可以左右上下旋转运动，X方向直线电动机设置在横梁与床身上部，用来推进横梁的X方向直线运动，主悬浮电磁铁线圈与横梁端部内伸部分相连接，衔铁在床身上，分左右两排，起悬浮横梁作用，补偿悬浮电磁铁与横梁端部内伸部分的下边相连，衔铁在床身上，分左右两排，导向电磁铁分别侧向设置在横梁端部内侧和床身侧面，对工作台运动起导向作用。

本实用新型的控制电路包括双直线电机同步驱动控制电路以及横梁悬浮高度控制电路。

其中双直线电机同步驱动控制电路包括整流滤波单元、IPM逆变单元、DSP处理器、IPM保护隔离驱动电路、电流采样电路、速度采样电路，PMLSM(永磁直线同步电动机)以及霍尔传感器，IPM逆变单元主电源输入P、N端与整流电路输出相连，IPM输出端子U、V、W与永磁直线同步电机相连，V、W通过两个霍尔电流传感器再与两路电流采样电路相连，IPM的16路控制端子与IPM隔离驱动保护电路相连，IPM隔离驱动的输入和保护电路的输出以及电流采样电路输出与DSP处理器相连。

横梁悬浮高度控制电路包括PWM及其驱动电路，位置、速度、电流控制电路，过电流保护电路，三角波发生电路，斩波电路，电流检测电路，悬浮高度检测电路，增益调节单元电路以及气隙给定单元电路，PWM及其驱动电路分别与位置、速度、电流控制电路，过电流保护电路，三角波发生电路，斩波电路相连；电流检测电路分别与位置、速度、电流控制电路，过电流保护电路相连；增益调节单元电路分别与气隙给定单元电路，位置、速度、电流控制电路以及悬浮高度检测电路相连。