CN100418699C - 一种加工机导轨 - Google Patents

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Abstract

一种加工机导轨，其包括一滑槽，一滑座和一磁悬浮系统，该滑座设置在该滑槽中，而且可以沿该滑槽滑动，该磁悬浮系统利用超导悬浮原理提供滑座和滑槽之间一悬浮力，实现加工机导轨在非加工段无摩擦高速滑行，提高加工机的加工效率。

Description

一种加工机导轨
【技术领域】
本发明是关于一种机械加工机，尤指一种加工机导轨。
【背景技术】
机械加工对工业化的发展具有十分重要的作用，机械加工的进步有两个最根本的指标因素：其一是机械加工的速度，其二是机械加工的精度。而加工机的加工速度一般取决于加工机本身的非加工阶段轨道移动时间和加工时间。但是，加工机的必要加工时间是保证加工零件精度的先决条件之一，通过缩短加工机的加工时间提高加工速度的空间较小，所以缩短加工机的非加工阶段的轨道移动时间成为提高加工速度的重要途径。特别是对大型加工机而言，加工机本身价格昂贵，降低加工机非加工阶段的导轨滑行时间对提高加工机的加工速度具有重要实际意义和积极的经济效益。
一般加工机加工速度的改善是通过添加润滑剂或者改滑动磨擦为滚动磨擦等方式降低导轨间的摩擦系数以提高导轨滑行的速度，以提高加工机的效率。
但是，上述方法没有从根本上消除影响加工机在非加工阶段导轨移动速度的主导因素摩擦力。因为摩擦力的存在，一方面，对提高加工机导轨滑行速度，缩短加工时间仍然有影响；另一方面，因为摩擦作用导致导轨因磨擦受损导致导轨配合精度降低，影响导轨的传递精度。另外，导轨因为磨擦产生的热量将导致导轨发生热形变，从另一方面影响加工机的加工精度。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是加工机在非加工段回程移动具有摩擦力以至影响加工速度。
本发明解决技术问题的技术方案是提供一种加工机导轨，其包括一滑槽，一滑座，一常导型磁悬浮系统，该滑座设置在该滑槽中，而且可以沿该滑槽滑动，该磁悬浮系统提供滑座和滑槽之间一悬浮力，该常导型磁悬浮系统包括设置在滑槽中的多块电磁铁、设置在滑座上的一对永磁条、多个气隙传感器、一电流控制中心和一电源，线圈缠绕在该电磁铁上并和电源相接，该对永磁条设置在该滑座的底部，该电流控制中心与气隙传感器和电源电性连结。
本发明还提供一种加工机导轨，其包括一滑槽和一滑座，该滑座设置在该滑槽中，并沿该滑槽滑动，该加工机导轨还包括一超导型磁悬浮系统，该超导型磁悬浮系统包括一驱动绕组、一悬浮导向绕组、一感应动力集成设备和一液氮低温容器，该驱动绕组、悬浮导向绕组设置在滑槽两侧壁内，该感应动力集成设备和液氮低温容器装设在该滑座内，该磁悬浮系统提供滑座和滑槽之间一悬浮力。
和先前的加工机导轨相比，本发明提供的加工机导轨一方面因导轨之间没有摩擦力存在，可以极大提高加工机导轨非加工滑行的速度，另一方面，导轨的非加工段的滑行因为没有磨擦受损，可以提高加工机导轨的配合精度；另外，导轨间没有非加工摩擦生热而导致导轨热形变发生，可以提高加工机导轨的传递精度。
【附图说明】
图1是本发明加工机导轨第一实施例的立体图。
图2是本发明加工机导轨的电磁悬浮工作原理示意图。
图3是本发明加工机导轨第二实施例的立体图。
图4是本发明双V型导轨的截面图。
图5是本发明双U型导轨的截面图。
图6是本发明双凹型导轨的截面图。
图7是本发明双半圆型型导轨的截面图。
【具体实施方式】
请参阅图1，本发明第一实施例的加工机导轨包括一滑槽10，一滑座20，一常导型磁悬浮系统(见图2)。该常导型磁悬浮系统包括多块电磁铁30、一对设置在滑座20的底部的永磁条22，24、多块气隙传感器32、一线圈38、一电流控制中心36和一电源34，该电磁铁30的形状和滑槽10截面形状一致，多块电磁铁30依一定的间距均匀设置在该滑槽10中。其中电磁铁30略低于滑槽10内槽面(图未示)，电磁铁30的两端部略低于滑槽两侧表面12、14。该气隙传感器32和电磁铁30相邻对应设置在滑槽10，电磁铁30经线圈38缠绕并和电源34相接，气隙传感器32经电流控制中心36和电源34相接。
该加工机运行时，首先由电源34给缠绕电磁铁30的线圈38通以电流，通过调整线圈38的电流强度，使电磁铁30和设置在滑槽10的永磁条铁22，24发生作用，产生电磁斥力将滑座20浮起，使滑座20和滑槽10保持一定的间隙，实现滑座20在滑槽10无摩擦滑行。
滑座20的悬浮高度通过气隙传感器32进行检测，并通过电流控制中心36进行反馈控制。气隙传感器32将测量所得滑座20的悬浮高度数值传送电流控制中心36，该电流控制中心36依据所获得的数值精确控制线圈38的电流，确保滑座20在设定高度滑行。如果气隙传感器32测得滑座20和滑槽10的间隙低于设定值，则电流控制中心36将增加线圈38的电流，使滑座20和滑槽10的斥力增加；相反，如果气隙传感器32测得滑座20和滑槽10的间隙大于设定值，则电流控制中心36将降低线圈38电流，使滑座20和滑槽10的斥力降低。此外，该气隙传感器32还可以作线圈38电流的感应开关，当气隙传感器32探测到滑座20已离开某一电磁铁30，则断开该缠绕电磁铁30的线圈38电流，相反，则开启该缠绕电磁铁30的线圈38电流。其中加工机导轨的滑行的动力可以通过外加方式推动滑座20在滑槽10滑行。
请参阅图3，本发明加工机导轨的第二实施例的悬浮力是通过超导磁斥实现的。该加工机导轨包括一滑槽40、一滑座50、一超导磁悬浮系统。该超导磁悬浮系统包括一驱动绕组62、一悬浮导向绕组64、一感应动力集成设备和一液氮低温容器。驱动绕组62和悬浮导向绕组64设置在滑槽两侧；感应动力集成设备安装在滑座50中。该感应动力集成设备包括动力集成绕组、感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁；该液氮低温容器装设在滑座50底部。
加工机导轨的滑行，通过向滑槽40两侧的驱动绕组62提供和滑座50滑行速度频率一致的三相交流电，在滑槽40产生一移动电磁波，此时滑座50一端的感应动力集成超导磁铁被前部设置在滑槽40的驱动绕组62所产生的电磁力吸引，并且装设在滑座50后端的感应动力集成超导磁铁被另一端设置在滑槽40的驱动绕组62所产生的电磁力所排斥，推动滑座50滑行，滑座50每滑过一驱动绕组62，流入驱动绕组62的三相交流电电流方向变换一次，通过持续变换驱动绕组62的电流方向得以持续牵引滑座50滑行，另外，本实施方式通过一电能变换器调整流入驱动绕组62交流电的频率和电压，可以控制滑座50滑行的速度。
加工机导轨的超导磁斥式悬浮是利用置于滑座50的悬浮导向超导磁体，和铺设在滑槽40的悬浮导向绕组64之间相对运动产生悬浮力，将滑座50悬浮起来。悬浮导向超导磁铁装设在滑座50底部的液态氮低温容器内。当滑座50以一定速度在滑槽40滑行时，给装设在滑座50的悬浮导向超导磁铁通以电流，则该悬浮导向超导磁体产生强大的电磁场，当滑座50接近设置在滑槽40两侧的悬浮导向绕组64时，滑座50的悬浮导向超导磁体产生的电磁场和悬浮导向绕组64相切割，该悬浮导向绕组64切割电磁场，其磁通量随着滑座50的滑行而改变，将产生感应电流，该感应电流产生的电磁场和设在滑座的悬浮导向超导磁体的磁场方向相反，两电磁场之间产生斥力，当滑座50的滑行速度增加达到一定值时，该斥力大于滑座50重量，使滑座50悬浮起来。
因为超导磁铁的电阻值为零，其所产生的磁场强度较大，和滑槽40的悬浮导向绕组64之间产生强大的电磁斥力，使滑座50悬浮。当滑座50悬浮高度降低时，悬浮导向超导磁铁和悬浮导向绕组64之间距离减小，那么悬浮导向绕组64的电流增大，斥力增加，使滑座50悬浮高度上升。滑座50悬浮的高度和滑座50的滑行速度相关，滑座50滑行速度越大，则斥力越大，悬浮高度越高。
滑座50悬浮有一起始悬浮速度，如果滑座50滑行速度低于该起始悬浮速度，悬浮力将不能支撑滑座50悬浮。该滑座50的起始悬浮速度可以藉由外加推力的方式加以实现。
行进中滑座50因为一侧向力偏离滑槽的中心线位置时，则滑座所偏向一边的悬浮导向绕组64产生一较强的感应磁场，和它相对应另一侧的悬浮导向绕组64产生一较弱的感应磁场，该两感应磁场将产生一对恢复力以平衡滑座的侧向力，从而推动滑座回复滑槽的中心线位置。
本实施方式中使用超导电磁铁是YBaCuO，其中YBaCu的比率为2∶3∶7，其化学式为Y2Ba3Cu7Ox，该超导电磁铁还可以选用将超细铌钛合金多芯线埋入铜母线内制成的超导电线。
加工机导轨的滑座在滑槽中通过磁悬浮的方式在非加工阶段实现无摩擦滑行，可以有效增加滑座20的回程速度，提高加工机的加工效率，此外，因滑座20和滑槽10无摩擦存在，可以降低导轨困回程磨擦受损而降低导轨的精度。
所述技术领域的普通技术人员容易得知，该磁悬浮导轨的导向系统可以通过在滑座安装机械导向装置实现导轨的导向。采用侧向导向辅助轮，使它和滑槽侧面相互作用(滚动摩擦)，以产生回复力，该回复力和滑座运行时产生的侧向力相平衡，从而使滑座沿导槽的中心线运行。或在滑座安装专用的导向超导磁铁，使它和滑槽两侧的导向线圈产生磁斥力，该磁斥力和滑座的侧向作用力平衡，使滑座保持正确滑行方向。该导向方式可以避免机械摩擦，只要控制滑槽导向线圈的电流，可以确保滑座保持一定侧向间隙。此外，本发明所述的两种磁悬浮方式可以和各种结构的导轨相结合。如双V型，如图4；双U型，如图5；双凹型，如图6；和双半圆型，如图7所示。

Claims (6)

1. 一种加工机导轨，其包括：一滑槽；一滑座和一常导型磁悬浮系统，该磁悬浮系统提供滑座和滑槽之间一悬浮力，其特征在于，该滑座设置在该滑槽中，并沿该滑槽滑动，该常导型磁悬浮系统包括设置在滑槽中的多块电磁铁、设置在滑座上的一对永磁条、多个气隙传感器、一电流控制中心和一电源，线圈缠绕在该电磁铁上并和电源相接，该对永磁条设置在该滑座的底部，该电流控制中心与气隙传感器和电源电性连结。
2. 如权利要求1所述的加工机导轨，其特征在于该多块电磁铁依一定的间距均匀设置在该滑槽内。
3. 一种加工机导轨，其包括一滑槽和一滑座，其特征在于，该滑座设置在该滑槽中，并沿该滑槽滑动，该加工机导轨还包括一超导型磁悬浮系统，该超导型磁悬浮系统包括一驱动绕组、一悬浮导向绕组、一感应动力集成设备和一液氮低温容器，该驱动绕组、悬浮导向绕组设置在滑槽两侧壁内，该感应动力集成设备和液氮低温容器装设在该滑座内，该磁悬浮系统提供滑座和滑槽之间一悬浮力。
4. 如权利要求3所述的加工机导轨，其特征在于该感应动力集成设备包括动力集成绕组、感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁。
5. 如权利要求3所述的加工机导轨，其特征在于该感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁是Y2Ba3Cu7Ox。
6. 如权利要求3所述的加工机导轨，其特征在于该感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁是由超细铌钛合金多芯线埋入铜母线内制成的超导电线。
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