CN102756297A

CN102756297A - 利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器

Info

Publication number: CN102756297A
Application number: CN2012102094451A
Authority: CN
Inventors: 田延岭; 李晓辰
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2012-10-31

Abstract

一种利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器：设置在驱动器外壳前端口和后端口的前导磁平板和后导磁平板，设置在驱动器外壳内部的刀架整体、前导向盘、后导向盘、前磁性吸盘磁路和后磁性吸盘磁路，刀架整体前端一体形成有刀具，刀架整体的前后两端分别对应设置有前导向盘和后导向盘，前导向盘的前端设置有前磁性吸盘磁路，后导向盘的后侧设置有后磁性吸盘磁路，刀具依次贯穿前导向盘、前磁性吸盘磁路和前导磁平板伸出前导磁平板的外侧，驱动器外壳的内周面上轴向设置有导轨，前导向盘和后导向盘通过滑轮沿导轨移动，前磁性吸盘磁路和后磁性吸盘磁路分别连接具有不同电流大小的电源。本发明提高了负载能力与定位精度，减小了刀架整体与外壳内部的摩擦力。

Description

利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器

技术领域

本发明涉及一种电磁驱动控制的微进给刀架系统。特别是涉及一种利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器。

背景技术

快速进给刀架系统技术（FTS）在加工非旋转对称的表面中占有非常重要的作用。FTS在实际加工过程中可以调整刀架的位置使刀具进行往复运动。随着加工表面复杂程度的提高，对FTS提出了高带宽，大加速度以及高精度等要求。在FTS的研究过程中，对于驱动器的结构以及原则的设计与选择尤为重要。传统的FTS都采用压电陶瓷驱动器。但是压电陶瓷驱动器有许多难以克服的缺陷，比如：非线性、迟滞效应、蠕变特性等等。这些缺陷不仅提高了控制系统的设计难度，同时在高频率工作时会产生大量热量。由于压电陶瓷驱动器的这些缺陷，本专利采用了一种全新的电磁驱动的方式。电磁驱动方式不仅克服了上述缺点，提高了负载能力以及定位精度，而且可以用电流值对进给刀架的位置进行精确的控制，采用电流的双向控制，避免了单侧电流出现的换向死点问题，实现进给刀具位移运动的连续性，同时不用改变单侧电流的方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种采用双向电流进行控制，能够克服压电陶瓷固有缺点的利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器。

本发明所采用的技术方案是：一种利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器，包括：驱动器外壳、设置在驱动器外壳前端口的前导磁平板、设置在驱动器外壳后端口的后导磁平板，以及分别设置在驱动器外壳内部的刀架整体、前导向盘、后导向盘、前磁性吸盘磁路和后磁性吸盘磁路，所述的刀架整体的前端一体形成有轴向向外凸出的刀具，所述刀架整体的前后两端分别对应设置有前导向盘和后导向盘，所述前导向盘的前端设置有前磁性吸盘磁路，后导向盘的后侧设置有后磁性吸盘磁路，其中，所述的刀具依次贯穿前导向盘、前磁性吸盘磁路和前导磁平板伸出前导磁平板的外侧，所述的驱动器外壳的内周面上轴向设置有导轨，所述的前导向盘和后导向盘的外周分别设置有与所述的导轨相结合的滑轮，所述的前导向盘和后导向盘通过滑轮沿导轨移动，所述的前磁性吸盘磁路和后磁性吸盘磁路分别连接具有不同电流大小的电源。

所述的前磁性吸盘磁路包括：圆筒形线圈架，分别缠绕在线圈架上的多组电磁线圈，分别嵌入在相邻两组电磁线圈之间的高磁性永久磁铁，以及形成在圆筒形线圈架中心的用于贯穿刀具的中心轴孔。

所述的后磁性吸盘磁路包括：圆筒形线圈架，分别缠绕在线圈架上的多组电磁线圈，分别嵌入在相邻两组电磁线圈之间的高磁性永久磁铁。

本发明的利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器，采用电磁驱动控制，克服了压电陶瓷的固有缺陷，提高了负载能力与定位精度，采用双向电流控制，避免了经常改变电流方向对于电磁线圈的损害，通过选取足够精度的电流值可以精确的控制进给刀架的位移，将电流值与位移的函数关系建立起来，发热量低，运动过程无断点出现，提高了效率与定位精度。采用导向盘，减小了刀架整体与外壳内部的摩擦力。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的前、后磁性吸盘磁路的结构示意图；

图3是图2的侧面视图。

图4是本发明的后磁性吸盘磁路的结构示意图。

其中，

1：前导磁平板 2：前磁性吸盘磁路

3：前导向盘 4：刀架整体

5：后导向盘 6：后磁性吸盘磁路

7：后导磁平板 8：导轨

9：驱动器外壳 10：滑轮

11：切具 21：高磁性永久磁铁

22：电磁线圈 23：吸盘磁路

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器做出详细说明。

如图1所示，本发明的利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器，包括：驱动器外壳9、设置在驱动器外壳9前端口的前导磁平板1、设置在驱动器外壳9后端口的后导磁平板7，以及分别设置在驱动器外壳9内部的刀架整体4、前导向盘3、后导向盘5、前磁性吸盘磁路2和后磁性吸盘磁路6，所述的刀架整体4的前端一体形成有轴向向外凸出的刀具11，所述刀架整体4的前后两端分别对应设置有前导向盘3和后导向盘5，所述前导向盘3的前端设置有前磁性吸盘磁路2，后导向盘5的后侧设置有后磁性吸盘磁路6，其中，所述的刀具11依次贯穿前导向盘3、前磁性吸盘磁路2和前导磁平板1伸出前导磁平板1的外侧，所述的驱动器外壳9的内周面上轴向设置有导轨8，所述的前导向盘3和后导向盘5的外周分别设置有与所述的导轨8相结合的滑轮10，所述的前导向盘3和后导向盘5通过滑轮10沿导轨8移动，所述的前磁性吸盘磁路2和后磁性吸盘磁路6分别连接具有不同电流大小的电源。

在上述的结构中，所述的前导磁平板1和后导磁平板7采用铁制软磁导磁平板，分别用于前、后磁性吸盘磁路产生磁力，是用于控制刀架整体4的外部磁场。前导向盘3和后导向盘5起到了导向的作用，同时减小了刀架整体4与驱动器外壳9内侧的摩擦力。前磁性吸盘磁路2和后磁性吸盘磁路6，通过内置电磁线圈中的电流变化来改变本身的磁通量，与前、后磁性吸盘磁路共同作用来控制刀架整体的位移。

如图2、图3所示，所述的前磁性吸盘磁路2包括：圆筒形线圈架23，分别缠绕在线圈架23上的多组电磁线圈22，分别嵌入在相邻两组电磁线圈22之间的高磁性永久磁铁21，以及形成在圆筒形线圈架23中心的用于贯穿刀具11的中心轴孔24。

如图4所示，所述的后磁性吸盘磁路6包括：圆筒形线圈架23，分别缠绕在线圈架23上的多组电磁线圈22，分别嵌入在相邻两组电磁线圈22之间的高磁性永久磁铁21。

本发明的利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器，高磁性永久磁铁21位于前后磁性吸盘磁路的内部，电磁线圈22缠绕在吸盘的磁路的外面。这样吸盘磁路就与导磁平板之间构成一个完整的磁性回路，使磁路中的磁阻很小。在前、后磁性吸盘磁路中的电磁线圈不通电的情况下，前磁性吸盘磁路有足够的磁通量，保证前磁性吸盘磁路可以牢固地吸附于前导磁平板上。当需要刀架整体进行进给运动的时候，同时向前、后电磁线圈中通电。前电磁线圈通以一个方向的电流，使其产生一个与前磁性吸盘磁路中的永久磁铁方向相反的电场，从而降低了前磁性吸盘磁路的磁通量，使综合磁通量减小，所以前磁性吸盘磁路就与前导磁平板分开。后电磁线圈通以一个相反方向的电流，使其产生一个与后磁性吸盘磁路中永久磁铁方向相同的电场，从而提高了后磁性吸盘此路的磁通量，使综合磁通量增大，所以后磁性吸盘磁路就向后导磁平板靠近，通过电流值的精确控制，可以对前、后磁性吸盘磁路中的磁通量进行精确的控制，而磁通量的变化导致磁力的变化，磁力的变化又导致磁体之间距离的变化，通过两个不同方向电流值的变化，可以分别增大前磁性吸盘磁路与前导磁平板的距离和减小后磁性吸盘磁路与后导磁平板的距离，仅仅改变电流值就可以控制位移，而不用改变电流的方向就可以对刀架整体加以控制。

本发明的利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器，使用开始时，两侧的电磁线圈都不通电，由于左侧磁性吸盘磁路中嵌有高磁性永久磁铁，所以前磁性吸盘磁路牢固的紧靠在前导磁平板上，为了使刀架整体产生位移，在前、后磁性吸盘磁路中的电磁线圈中通入两组电流，使前磁性吸盘磁路中的磁通量减小，使其远离前导磁平板，使后磁性吸盘磁路中的磁通量增加，使其靠近后导磁平板，通过改变电流值（I），使磁通量Ф（I）发生变化，磁通量的变化又引起前、后磁性吸盘磁路与前、后导磁平板之间相互作用力的变化F（Ф），相互作用力的变化最终引起前、后磁性吸盘磁路与导磁平板距离的变化D₁(F)，D₂（F），而刀架整体的位移S 是由D₁(F)与D₂（F）共同控制的，所以只通过改变两个电磁线圈中电流大小的变化就可以精确的控制刀架的整体位移S。

Claims

1.一种利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器，其特征在于，包括：驱动器外壳（9）、设置在驱动器外壳（9）前端口的前导磁平板（1）、设置在驱动器外壳（9）后端口的后导磁平板（7），以及分别设置在驱动器外壳（9）内部的刀架整体（4）、前导向盘（3）、后导向盘（5）、前磁性吸盘磁路（2）和后磁性吸盘磁路（6），所述的刀架整体（4）的前端一体形成有轴向向外凸出的刀具（11），所述刀架整体（4）的前后两端分别对应设置有前导向盘（3）和后导向盘（5），所述前导向盘（3）的前端设置有前磁性吸盘磁路（2），后导向盘（5）的后侧设置有后磁性吸盘磁路（6），其中，所述的刀具（11）依次贯穿前导向盘（3）、前磁性吸盘磁路（2）和前导磁平板（1）伸出前导磁平板（1）的外侧，所述的驱动器外壳（9）的内周面上轴向设置有导轨（8），所述的前导向盘（3）和后导向盘（5）的外周分别设置有与所述的导轨（8）相结合的滑轮（10），所述的前导向盘（3）和后导向盘（5）通过滑轮（10）沿导轨（8）移动，所述的前磁性吸盘磁路（2）和后磁性吸盘磁路（6）分别连接具有不同电流大小的电源。

2.根据权利要求1所述的利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器，其特征在于，所述的前磁性吸盘磁路（2）包括：圆筒形线圈架（23），分别缠绕在线圈架（23）上的多组电磁线圈（22），分别嵌入在相邻两组电磁线圈（22）之间的高磁性永久磁铁（21），以及形成在圆筒形线圈架（23）中心的用于贯穿刀具（11）的中心轴孔（24）。

3.根据权利要求1所述的利用双向电流进行进给控制的电磁驱动器，其特征在于，所述的后磁性吸盘磁路（6）包括：圆筒形线圈架（23），分别缠绕在线圈架（23）上的多组电磁线圈（22），分别嵌入在相邻两组电磁线圈（22）之间的高磁性永久磁铁（21）。