CN102626867A - 磁悬浮圆柱形直线运动导轨副 - Google Patents

磁悬浮圆柱形直线运动导轨副 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁悬浮圆柱形直线运动导轨副，包括安装在基座两端的支承架，安装在支承架上的圆柱形支承导轨，套装在圆柱支承导轨上的磁悬浮动导轨、隔磁板，及风琴式防护罩。其中，隔磁板安装在磁悬浮动导轨两侧，且在其圆周方向安装有位移传感器。基座上开有沉孔，用于将导轨副安装在机床床身上。本发明结构合理，结合了圆柱形导轨易于加工以及磁悬浮支承具有的无接触、无磨损、高速度、高精度和不需要润滑密封的优点，易于在结构上实现动力源与磁悬浮导轨副以及磁悬浮导轨中各磁支承之间磁场的解耦，便于实现机床功能部件的系列化、模块化，满足高速、高精密数控机床直线进给系统的性能要求。

Description

磁悬浮圆柱形直线运动导轨副
技术领域
本发明涉及一种精密机床和高速加工用的导轨副，特别是一种工业应用型磁悬浮圆柱形直线运动导轨副。
背景技术
现代制造技术正朝着高速化、精密化和模块化方向发展，制造业对加工设备的性能提出了越来越高的要求，这种需求促进了机床工业，尤其是数控机床的发展。但与数控机床配套的功能部件的产业化规模和产品水平，远远满足不了数控机床的发展要求。进给单元是数控机床的重要功能部件，被加工工件的最后坐标和轮廓精度都受到进给单元运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响，因此其必须具备摩擦阻力小、传动精度高、响应速度快、刚度大等特点。
导轨副是进给单元的重要组成部件，其表面粗糙度、直线度及平行度直接影响零件的加工精度，圆柱形导轨副具有制造方便、不易积存较大铁屑的优点，但由于磨损后很难调整和补偿间隙的问题，使得其在众多导轨中应用最少。随着磁悬浮支承技术的出现，圆柱导轨副的磨损问题可得到解决，通过磁场力悬浮动导轨，即可消除传统机床静导轨与动导轨因接触而产生的摩擦，将动导轨套装在圆柱形支承导轨上，并在动导轨两端安装隔磁环，在结构上实现动导轨之间磁场的解耦，可简化了控制策略。该导轨副可成对的安装在机床床身上，工作台安装在其动导轨上，当需要更换不同尺寸规格的工作台时，只需调整导轨副或动导轨块之间距离，与其他磁悬浮导轨相比，实现了磁悬浮导轨与工作台的分离，更利于进给单元的模块化及产业化，满足现代制造业高速化、精密化和模块化的发展要求。
目前，磁悬浮导轨大多采用矩形导轨副及三角形导轨副，且动导轨与工作台制成一体。如上海大学在申请号为200310107944.0的专利文献中提出了一种工业应用型主动磁悬浮机床导轨直线电机进给平台，从其说明书附图中可看出其导轨副未提及采用圆柱形形式，且将工作台与动导轨制成一体；
大连交通大学在申请号为200820013968.8的专利文献中提出一种数控机床用斥力型磁悬浮直线进给系统，根据其叙述可知，其导轨副未提及采用圆柱形形式，且将工作台与动导轨制成一体；
大连交通大学在申请号为200610161995.5的专利文献中提出一种新型数控机床磁悬浮直线进给系统，根据其叙述可知，其导轨副未提及采用圆柱形形式，且将工作台与动导轨制成一体；
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在申请号为02132839.0的专利文献中提出一种超精密微位移导轨磁悬浮方法及装置，根据其叙述可知，其采用的是V形导轨副形式，未采用圆柱形形式，且将工作台与动导轨制成一体；
南通大学在申请号为200710026069.1的专利文献中提出一种智能型磁悬浮直线进给单元，根据其叙述及说明书附图可知，其导轨副未提及采用圆柱形形式，且将工作台与动导轨制成一体；
南通大学在申请号为201010017657.0的专利文献中提出一种直接驱动型磁悬浮直线进给单元的磁场解耦结构，根据其叙述及说明书附图可知，其导轨副采用的是矩形形式，且将工作台与动导轨制成一体；
沈阳工业大学在申请号为201020134416.X的专利文献中提出的一种数控机床直线同步电动机磁悬浮进给平台，根据其叙述可知，其导轨副未提及采用圆柱形形式，且将工作台与动导轨制成一体。
中南大学硕士论文《两级磁悬浮平台动力学特性研究》第11页中提及到磁轴承式结构的定位平台，与本专利相比，存在以下缺点：
(1)未在动导轨及支承导轨外周分别套装隔磁罩及风琴式防护罩，无法实现动导轨之间磁场的解耦，无法防止切削加工时所产生的铁屑在磁力作用吸附到支承导轨上，正常的加工过程得不到保障；
(2)未提及定位平台不工作时的支承情况，本专利中，工作台不工作时由机座进行支承，并保证动导轨与静导轨无直接接触，避免了动导轨由于接触而产生磨损；
(3)未提及可通过调节动导轨块之间距离以满足安装不同长度尺寸的工作台的需求；
(4)未提及将每根轴杆(支承导轨)与安装在其上的两个或若干个动导轨块形成一独立的功能部件，可通过调节两个导轨副之间距离以满足安装不同宽度尺寸工作台的需求。
导轨副制成独立的功能部件，将两根轴杆的轴杆支撑安装在同一底座上，底座尺寸根据机床床身尺寸的改变而改变，浪费了材料较严重，无法实现导轨副的模块化。
由上述分析可知，目前国内未见有关于磁悬浮圆柱形直线运动导轨副的专利及文献报道。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种结构合理、加工方便、无接触磨损、磁场结构解耦方便、利于模块化并适用于高速、高精密加工场合的工业应用型磁悬浮圆柱形直线运动导轨副。
本发明采用如下技术方案：一种磁悬浮圆柱形直线运动导轨副，包括基座、支承架、圆柱形支承导轨、磁悬浮动导轨、隔磁板等部件，各部件安装位置为：基座两端固定安装支承架，圆柱形支承导轨安装在支承架上，磁悬浮动导轨套装在圆柱形支承导轨上，隔磁板固定在磁悬浮动导轨的两侧，可以从结构上消除各磁悬浮动导轨之间的磁场耦合。
该导轨副可成对使用安装在机床床身上，工作台安装在磁悬浮动导轨上，通过动力源(直线电动机或“旋转电动机与滚珠丝杆”)驱动工作台实现直线进给运动。
作为优化：所述磁悬浮动导轨磁极内圈与支承导轨间气隙值大于其下表面与基座上表面的间隙值，以保证机床不工作时，磁悬浮动导轨上的工作台由基座支撑。
作为优化：所述支承导轨的外周设有风琴式防护罩，防护罩与各个隔磁板、支承架相连，用于防止加工时导轨副由于残留磁性而将铁屑吸附于其上，保证加工过程能够正常进行。
作为优化：所述磁悬浮动导轨由六个磁极组成，用于实现工作台的稳定悬浮及精确导向。
作为优化：所述磁悬浮动导轨的圆周方向装设有水平位移传感器和垂直传感器，用于工作时的在线检测与自动补偿。
作为优化：所述基座上开有沉孔，用于将磁悬浮导轨副安装在机床床身上。
上述磁悬浮圆柱形直线运动导轨副中，隔磁板用于从结构上实现各个磁悬浮动导轨磁场解耦；风琴式防护罩用于防止加工时圆柱导轨由于残留磁性而将铁屑吸附于其上，保证加工过程能够正常进行；磁悬浮动导轨稳定悬浮时，磁悬浮动导轨磁极内圈与圆柱支承导轨之间气隙值大于磁悬浮动导轨下表面与基座上表面之间的间隙值，不工作时，磁悬浮动导轨落在基座上，由基座支承；基座上开有沉孔，用于将该导轨安装在机床床身上，每个静导轨上安装两个动导轨，两者之间以及导轨副之间的距离可随工作台尺寸变化进行调整；该导轨可成对使用，也可与其他形式导轨混合使用，工作台安装在动导轨之上，可由直线电动机或“旋转电动机与丝杠”机构驱动其实现直线进给运动。
有益效果：本发明结构合理，结合了圆柱形导轨易于加工以及磁悬浮支承具有的无接触、无磨损、高速度、高精度和不需要润滑密封的优点，易于在结构上实现动力源与磁悬浮导轨副以及磁悬浮导轨中各磁支承之间磁场的解耦，便于实现机床功能部件的系列化、模块化，满足高速、高精密数控机床直线进给系统的性能要求。
附图说明
图1为磁悬浮圆柱形直线运动导轨副结构示意图；
图2为图1中磁悬浮动导轨的A-A向结构示意图；
图3为磁悬浮圆柱形直线运动导轨副实际应用主视示意图；
图4为图3中磁悬浮圆柱形直线运动导轨副实际应用侧视示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例
首先，参见附图1、2的磁悬浮圆柱形直线运动导轨副，包括基座7、安装在基座7两端的支承架1，安装在支承架1上的圆柱支承导轨6，套装在圆柱支承导轨6上的磁悬浮动导轨4，固定在磁悬浮动导轨4两端的隔磁板3、5，套装在圆柱支承导轨6上并与隔磁板3、支承架1相连的风琴式防护罩2，安装在磁悬浮动导轨4圆周方向的水平位移传感器8和垂直传感器9。
参见附图3、4，实际应用时，将本发明的直线磁悬浮圆柱导轨成对安装在于机床床身12上，工作台10安装在磁悬浮动导轨4上，区域11用于放置直线电动机或“旋转电动机与滚珠丝杠”等动源。
下面结合附图以本发明的一个工作周期为例作详细说明。
工作前，磁悬浮动导轨4中的线圈不通电，无电磁力产生，由基座7对其进行支承。
工作时，磁悬浮动导轨4中线圈通电，磁悬浮动导轨4开始悬浮，当水平位移传感器8和垂直传感器9检测到磁悬浮动导轨4处于稳定悬浮状态后，由电动机带动安装在磁悬浮动导轨4上的工作台10实现直线进给运动，安装在磁悬浮动导轨4两端的隔磁板3、5使得各动导轨之间磁场不发生耦合。
工作结束后，电动机先断电，磁悬浮动导轨4停止进给，待其静止后，逐渐减小各动导轨中线圈的电流大小，直至磁悬浮动导轨4与基座7相接触。

Claims (8)

1.一种磁悬浮圆柱形直线运动导轨副，其特征在于：包括基座(7)，所述基座(7)的两端安装有支承架(1)，所述支承架(1)上安装有支承导轨(6)，支承导轨(6)呈圆柱形，所述支承导轨(6)上套装有磁悬浮动导轨(4)，磁悬浮动导轨(4)的两侧设有隔磁板(3)和隔磁板(5)。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮圆柱形直线运动导轨副，其特征在于：所述支承导轨(6)的外周设有风琴式防护罩(2)，所述防护罩(2)与各个隔磁板(3)、支承架(1)相连。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮圆柱形直线运动导轨副，其特征在于：所述磁悬浮动导轨(4)的圆周方向装设有水平位移传感器(8)和垂直传感器(9)。
4.根据权利要求1或2或3所述的磁悬浮圆柱形直线运动导轨副，其特征在于：所述磁悬浮动导轨(4)由六个磁极组成。
5.根据权利要求1或2或3所述的磁悬浮圆柱形直线运动导轨副，其特征在于：所述磁悬浮动导轨(4)的磁极内圈与支承导轨(6)间气隙值大于其下表面与基座(7)上表面的间隙值。
6.根据权利要求1或2或3所述的磁悬浮圆柱形直线运动导轨副，其特征在于：所述基座(7)上开有便于安装的沉孔。
7.根据权利要求4所述的磁悬浮圆柱形直线运动导轨副，其特征在于：所述基座(7)上开有便于安装的沉孔。
8.根据权利要求5所述的磁悬浮圆柱形直线运动导轨副，其特征在于：所述基座(7)上开有便于安装的沉孔。
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