[发明专利]数控机床直线同步电动机磁悬浮进给平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种进给平台，特别是涉及一种用于数控机床的无摩擦、直接进给的直线同步电动机磁悬浮进给平台，属于数控技术领域。

背景技术

数控机床进给平台在加工过程中产生的摩擦阻力，特别是在低速时的非线性摩擦不可避免地影响进给系统的精度，导致进给系统产生爬行以及造成反向死区。摩擦是引起数控机床热变形的原因之一，是影响加工精度的重要因素。摩擦也是引起磨损、产生噪音的因素，需要良好的润滑来提高机床寿命。因此，如何有效的减小或消除摩擦已成为制约数控机床进给平台性能的技术瓶颈。

现有的数控机床磁悬浮进给平台利用永磁直线电动机，或者利用其它类型的直线电动机作为驱动元件，附加多点支撑的电磁铁进行悬浮，装置复杂，特别是缺乏进给平台直接自动悬浮的能力，在机床本体设计时不得不考虑悬浮问题，限制了磁悬浮进给平台的使用和推广，影响磁悬浮进给平台运行的稳定性和可靠性。

发明内容：

发明目的：本发明提供一种数控机床直线同步电动机磁悬浮进给平台，其目的是解决以往的数控机床磁悬浮进给平台依靠电磁铁多点支撑悬浮，结构复杂、稳定性和可靠性差，特别是无法很好的解决摩擦阻力的技术问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：

一种数控机床直线同步电动机磁悬浮进给平台，其特征在于：所述进给平台包括进给平台和长定子直线同步电动机，所述长定子直线同步电动机主要包括定子铁心和使用时与定子铁心做相对移动的动子铁心；所述进给平台安装在动子铁心上；在所述动子铁心内设置有能使动子铁心在定子铁心上悬浮的励磁绕组，在所述定子铁心内设置有能推动动子铁心相对于定子铁心移动的推力绕组；在所述进给平台上设置有电涡流传感器；在所述定子铁心上设置有长光栅传感器；所述励磁绕组和电涡流传感器连接至磁悬浮控制系统；所述推力绕组和长光栅传感器连接至进给控制系统。

所述磁悬浮控制系统包括直流PWM变换器、比例调节器和电流PI调节器，所述电涡流传感器连接至比例调节器，比例调节器连接至电流PI调节器，电流PI调节器连接至直流PWM变换器，直流PWM变换器连接至励磁绕组；所述进给控制系统包括SPWM变换器、位置比例调节器、速度PI调节器、电流PI调节器和可以产生推力的逆变器；所述长光栅传感器连接至位置比例调节器，位置比例调节器连接至速度PI调节器，速度PI调节器连接至进给控制系统内的电流PI调节器，该电流PI调节器连接至SPWM变换器，SPWM变换器连接至可以产生推力的逆变器，可以产生推力电流的逆变器与推力绕组连接。

所述定子铁心设置在基座下部，在基座上部还设置有辅助导轨。

长定子直线同步电动机的磁极既是励磁磁极，同时也是悬浮磁极。

优点及效果：本发明提供一种数控机床直线同步电动机磁悬浮进给平台，包括进给平台和长定子直线同步电动机，所述长定子直线同步电动机主要包括定子铁心和可以与定子铁心做相对运动的动子铁心，其特征在于：所述进给平台与动子铁心固定连接；在所述动子铁心内设置有励磁绕组，在所述定子铁心内设置有推力绕组；在所述进给平台上设置有电涡流传感器；在所述定子铁心上设置有长光栅传感器；所述励磁绕组和电涡流传感器连接至磁悬浮控制系统；所述推力绕组和长光栅传感器连接至进给控制系统。

为了解决以往的数控机床进给平台存在的问题，本发明将进给平台的进给和磁悬浮由同一台直线同步电动机同时来实现，也就是说将直线同步电动机与进给平台结合起来，将进给平台直接安装在长定子直线同步电动机的动子上，进给平台的进给运动是由直线同步电动机的切向电磁推力来实现的，通过调节推力绕组的电流来改变电磁推力；磁悬浮力是动子铁心上的励磁磁极和直线同步电动机的定子铁心之间产生的单边磁拉力，通过调节励磁电流来调节磁悬浮力。长定子直线同步电动机的磁极既是励磁磁极，同时也是悬浮磁极。这不同于以往的电磁铁磁悬浮系统，该发明是靠电动机自身产生的磁悬浮力来运行，进给平台具有直接自动悬浮的能力，能够克服以往进给平台电磁铁多点支撑悬浮、装置复杂使得其影响运行稳定性和可靠性的技术问题。

另外，该发明还包括以下技术特征：长定子直线同步电动机的推力绕组电流为整个装置提供电磁推力，并采用i_d＝0的矢量控制方式。

励磁电流的大小由磁悬浮控制系统来完成，系统的主电路为直流PWM变换器，采用悬浮高度与励磁电流双闭环控制。悬浮高度控制器为比例调节器，以防止悬浮高度超调，而励磁电流采用PI调节器。

平台的进给过程是由进给控制系统来完成的，这是一个位置、速度和电流组成的三环控制系统。位置环为比例调节器，速度和电流采用PI调节器。