[发明专利]一种新型数控机床磁浮直线进给系统

说明书

技术领域

 本发明涉及一种数控机床进给系统，采用磁力支撑与导向，直线电机驱动，可实现机床工作台的高速度、高加速度、高精度的无摩擦进给。

背景技术

传统的机床进给系统包含许多中间传动环节，整个系统的惯性质量较大，系统的动态性能较差。而且中间环节在运动过程中产生的弹性变形、摩擦磨损以及反向间隙等，会造成定位进给运动的滞后和非线性误差，影响加工精度。此外，丝杠传动的固有缺陷使工作台难以达到很高进给速度和精度。

    为了提高机床工作台的进给速度、加速度和定位精度，以直线电机代替“旋转电机+丝杠”驱动工作台的机床进给系统出现了，它的应用取消了原动力和工作台部件之间的所有中间传动联结环节，简化了系统的结构，实现了机构直接驱动。

    与传统机械直线导轨相比，目前导轨支撑方式中的滚动导轨、塑料滑动导轨虽然摩擦系数小且耐磨性高，但在高速重载下仍会磨损；液体静压导轨处于纯液体磨擦状态，故导轨不会磨损，精度保持性好，磨擦系数小，但油污严重，结构复杂，成本高；气体静压导轨与液体静压导轨一样，需要诸多辅助设备，如：空气压缩机、蓄压器、过滤减压阀。气压传动和控制部件等，而且气体悬浮的刚度性能较差。

    为了克服上述缺点，满足日益高速化的加工要求，本发明采用了磁浮导轨的结构。该导轨不但具有无摩擦、无润滑、精度高等特点，而且不需要任何辅助设备。此外，磁浮导轨的刚度性能好，适合重载加工。

    目前，磁悬浮支撑与导向配合直线电机驱动的进给机构，都存在着承载能力低、驱动力小等缺点，未能真正取代现有机床进给系统。例如孙宝玉等人在文献《直线驱动磁悬浮进给机构的研究》中提出了一种结构，如附图5所示，该磁悬浮直线进给机构只用两个电磁铁提供悬浮力和导向力，垂直和横向承载能力低，而且难以满足机床加工对工作台上表面的平面度要求。所以迫切需要开发有足够承载力和推力的，可应用于实际加工的磁悬浮直线进给系统。

    中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在专利文献CN1214892C中公开了一种超精密微位移导轨磁悬浮方法及其装置，但该专利只用两个电磁铁产生悬浮力，所以移动平台沿横向的转动自由度没有限制，从而变得不稳定；该专利中，用以产生悬浮力的两个电磁铁同时也起到导向的作用，必须进行解耦控制，增加了控制系统的复杂程度；该专利所用的直线电机为单边定子结构，直线电机定子和动子之间存在单边磁拉力，这给移动平台造成很大负担。

    上海大学在专利文献CN1244432C中公开了一种工业应用型主动磁悬浮导轨直线电机进给平台，但该专利中的固定部件为一两端支撑的简支梁结构，刚度性能差，容易变形，承载能力较差；该专利中的直线电机为双边动子结构，且双边动子都固定在移动部件上，这就增加了移动部件的无用重量。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种新型数控机床进给系统，该系统无摩擦、无润滑、无污染且可提供足够承载力和推力，以满足数控机床工作台日益增长的高速度、高加速度及高精度运行要求。

    本发明的另一个目的就是针对现有技术中的诸多缺陷，寻求一个更为满意的解决方案。

    为实现上述目的，本发明将磁悬浮支撑和直线电机驱动技术融为一体，消除了工作台和导轨之间的摩擦，实现了机床工作台的无接触支撑和导向，摒弃了传统机床进给系统的中间传动环节，实现了机床工作台的零传动。

本发明采用如下技术方案：

    一种数控机床磁浮直线进给系统，在结构上可分为定部件和动部件。定部件包括基座、两条导轨、光栅尺以及直线电机定子部件。动部件主要包括：工作台、四个支撑装置、四组差动悬浮电磁铁、两组导向电磁铁、八个电涡流位移传感器、直线电机动子部件、光栅读数头以及四个支撑装置。各部件的安装位置为：两条导轨对称地固定在基座上，光栅尺通过一辅助件安装在导轨上，以便重复利用；四组差动悬浮电磁铁分布于工作台的四个角的下方，每组电磁铁由上下两个电磁铁组成：两组导向电磁铁安装在悬浮电磁铁的旁边，且每组的两个电磁铁沿水平向正对安装；四个支撑装置也分别固定在工作台靠近四个角位置的下方，其水平向位置在导轨上的光栅测量系统、和悬浮电磁铁之间；用于检测悬浮间隙的四个电涡流位移传感器分别通过辅助件竖直安装在四个下悬浮电磁铁的旁边10毫米处，用于检测导向间隙的四个电涡流位移传感器分别通过辅助件沿水平向两两正对安装在四个导向电磁铁的旁边10毫米处，在电磁铁和传感器之间留出10毫米间隙是为了避免电磁铁的磁场对传感器造成影响。