CN103286614A - 一种无接触导向装置 - Google Patents

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胡庆
于海雁
于冬梅
安跃军
胡雨薇
张宇献
綦艳丽
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Abstract

本发明涉及 一种 无接触导向装置，其特点是包括有机床运动平台、运动部件、U型电磁力装置、T型磁性导轨、支架，其中第一支架、第二支架均为槽型结构，第一～第三U型电磁力装置安装在位于运动部件一侧的第一支架上，第四～第六U型电磁力装置安装在位于运动部件另一侧的第二支架上，第一支架、第二支架的底部外壁分别与运动部件连接，以支撑运动部件不与T型磁性导轨接触，T型磁性导轨平行固定在床身上，支架上的U型电磁力装置与T型磁性导轨之间留有间隙。本发明实现了运动部件与导轨之间无接触导向，而且运动部件与导轨之间的间隙可以进行监测和调控，提高运动装置的精确性和稳定性。

Description

一种无接触导向装置
技术领域
本发明涉及一种运动部件的导向装置，特别是涉及一种无接触导向装置，属于运动控制技术领域，其主要应用于受接触导向而影响其运行稳定性和精确性的运动部件装置。
背景技术
直线运动部件一般采用滚动导向和滑动导向装置，无论是滚动导向还是滑动导向，均存在接触和摩擦。接触摩擦自然会导致接触部件的磨损，增加驱动部件的功率损耗,降低运动精度和使用寿命,增加运动噪声和发热,甚至可能使精密部件变形,从而影响运动装置的控制精确性和稳定性。磁悬浮技术可以无接触传动，彻底消除摩擦，有效抑制运动装置的振动，无需润滑，提高运动装置的平稳性和精确性。
目前，电磁悬技术已有应用于磁悬浮列车和磁悬浮机床主轴进给系统中。现有技术中申请和得到授权的这类专利很多，例如有。
公开号为CN 1528559 的中国发明专利申请给出的一种“工业应用型主动磁悬浮机床导轨直线电机进给平台”， 包含有固定支承于机座(7)上的导轨(5)、套装在导轨(5)上的移动平台(4)和直线电机(3),其特征在于直线电机(3)位于导轨(5)的中心线上,而其两侧的导轨(5)上下面设置承载电磁铁(2),导轨(5)的两侧面设置导向电磁铁(6),承载电磁铁(2)和导向电磁铁(6)与移动平台(4)固定连接,它们中部均设置位移传感器(1),并连接一个移动平台位置控制系统。
公开号为CN 101850523A的中国发明专利申请给出的一种“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:所述进给平台安装在动子铁心上;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。
公开号为CN  101972933A的中国发明专利申请给出的一种“双直线同步电动机驱动的精密重型机床磁悬浮运动平台”， 包括运动平台和两个长定子直线同步电动机及其控制系统。所述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:所述运动平台安装在动子铁心上;在所述定子铁心内设置有励磁绕组,在所述动子铁心内设置有推力绕组;在所述运动平台上设置有电涡流传感器;在所述基座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平台运动控制系统。
上述技术方案给出的是悬浮与直线驱动电机是一体化的，装置的结构和控制要兼顾两方面的功能要求，有时候要牺牲一方的性能和精度，难以实现整体优化。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述不足，提出了一种无接触导向装置，以克服现有接触式导向的弊端，确保运动部件及装置的稳定性和精确性。同时，克服现有技术难以实现整体优化的问题。
本发明给出的这种无接触导向方法：在机床运动平台上设置无接触导向装置，即在运动部件两侧的支架中分别设置多个协同工作的U型电磁力装置，通过调节每个U型电磁力装置的电磁线圈电流的大小，进而调控支架中U型电磁力装置与磁性导轨之间的间隙，使运动部件与磁性导轨之间保持一定间隙实现无接触式导向。
本发明给出的这种无接触导向装置，包括有机床运动平台、运动部件23和工作台24，其特点是：还包括有第一U型电磁力装置U1、第二U型电磁力装置U2、第三U型电磁力装置U3、第四U型电磁力装置U4、第五U型电磁力装置U5、第六U型电磁力装置U6、第一T型磁性导轨21、第二T型磁性导轨22、第一支架10、第二支架20，其中第一支架10、第二支架20均为槽型结构，第一U型电磁力装置U1、第二U型电磁力装置U2、第三U型电磁力装置U3安装在位于运动部件23一侧的第一支架10槽型结构的两侧内侧壁和底部内壁上，第四U型电磁力装置U4、第五U型电磁力装置U5、第六U型电磁力装置U6安装在位于运动部件23另一侧的第二支架20槽型结构的两侧内侧壁和底部内壁上，第一支架10、第二支架20的底部外壁分别与运动部件23连接，以支撑运动部件23不与第一T型磁性导轨21、第二T型磁性导轨22接触，第一T型磁性导轨21、第二T型磁性导轨22平行固定在机床的床身25上，第一支架10、第二支架20上的U型电磁力装置分别与第一T型磁性导轨21、第二T型磁性导轨22之间留有间隙。
为了增强上述方案的合理性，本发明还包括以下附加技术特征。
所述的无接触导向装置中的U型电磁力装置由U型铁心、电磁线圈和间距传感器构成，其中电磁线圈缠绕在U型铁心上，间距传感器设置在U型铁心指向T型磁性导轨的顶端旁。
所述的无接触导向装置中的U型电磁力装置为两个一组协同工作，其中位于第一支架10槽型结构的两侧内侧壁上的第一U型电磁力装置U1和第二U型电磁力装置U2为一组，位于第二支架20槽型结构的两侧内侧壁上的第五U型电磁力装置U5和第六U型电磁力装置U6为一组，位于第一支架10槽型结构的底部内壁上的第三U型电磁力装置U3和位于第二支架20槽型结构的底部内壁上的第四U型电磁力装置U4为一组。
所述无接触导向装置，每个U型电磁力装置的电磁线圈的电流可调，以便调节电磁力大小，进而调控U型电磁力装置与磁性导轨之间的间隙。
所述无接触导向装置，每个U型电磁力装置配置一个间距传感器，以检测U型电磁力装置与磁性导轨之间的间隙。
所述无接触导向装置，U型电磁力装置与磁性导轨之间的间隙，是依据协同工作的间距传感器提供的间隙数据通过改变U型电磁力装置的电磁线圈电流大小来调节的。
与现有技术相比，本发明有益效果是：取消了滚动导向和滑动导向的接触和摩擦，实现运动部件与导轨之间无接触导向。
本发明有益效果还体现在：运动部件与导轨之间的间隙可以实时得到监测和调控，提高运动装置的精确性和稳定性。
附图说明
图1为本发明的实施例-无接触导向装置基本结构示意图。
图2为本发明的实施例-无接触导向装置用于磨床工作台示意图。
图中标号说明如下。
U1、U2、U3、U4、U5、U6为第一U型电磁力装置～第六U型电磁力装置，1、4、7、11、14、17为U型铁心，2、5、8、12、15、18为电磁线圈，3、6、9、13、16、19为间距传感器，10为第一支架，20为第二支架，21为第一T型磁性导轨，22为第二T型磁性导轨，23为运动部件，24为工作台，25为磨床床身，26为工作台控制手柄，27为垂直进给手柄，28为切削砂轮，29为驱动箱，30为横向进给手柄。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例进一步叙述本发明的内容。
本发明的一个实施例为一种机床运动平台，其基本结构如图1所示，包括有机床运动平台、运动部件23、工作台24、第一U型电磁力装置U1、第二U型电磁力装置U2、第三U型电磁力装置U3、第四U型电磁力装置U4、第五U型电磁力装置U5、第六U型电磁力装置U6、第一T型磁性导轨21、第二T型磁性导轨22、第一支架10、第二支架20，其中第一支架10、第二支架20均为槽型结构，第一U型电磁力装置U1、第二U型电磁力装置U2、第三U型电磁力装置U3安装在位于运动部件23一侧的第一支架10槽型结构的两侧内侧壁和底部内壁上，第四U型电磁力装置U4、第五U型电磁力装置U5、第六U型电磁力装置U6安装在位于运动部件23另一侧的第二支架20槽型结构的两侧内侧壁和底部内壁上，第一支架10、第二支架20的底部外壁分别与运动部件23连接，以支撑运动部件23不与第一T型磁性导轨21、第二T型磁性导轨22接触，第一T型磁性导轨21、第二T型磁性导轨22平行固定在机床的床身25上，第一支架10、第二支架20上的U型电磁力装置分别与第一T型磁性导轨21、第二T型磁性导轨22之间留有间隙。
本发明实施例用于磨床工作台时的安装情况如图2所示。
本发明的一个实施例为一种机床运动平台，其截面结构如图1所示。
第一U型电磁力装置U1由U型铁心1、电磁线圈2和间距传感器3组成，调节电磁线圈2的电流大小可以调整第一U型电磁力装置U1与第一磁性导轨21之间的间距δ 1 ，间距传感器3监测第一U型电磁力装置U1与第一磁性导轨21之间的间距δ 1 。
第二U型电磁力装置U2由U型铁心7、电磁线圈8和间距传感器9组成，调节电磁线圈8的电流大小可以调整第二U型电磁力装置U2与第一磁性导轨21之间的间距δ 2 ，间距传感器9监测第二U型电磁力装置U2与第一磁性导轨21之间的间距δ 2 。
第三U型电磁力装置U3由U型铁心4、电磁线圈5和间距传感器6改成，调节电磁线圈5的电流大小可以调整第三U型电磁力装置U3与第一磁性导轨21之间的间距δ 3 ，间距传感器3监测第三U型电磁力装置U3与第一磁性导轨21之间的间距δ 3 。
第四U型电磁力装置U4由U型铁心14、电磁线圈15和间距传感器16组成，调节电磁线圈15的电流大小可以调整第四U型电磁力装置U4与第二磁性导轨22之间的间距δ 4 ，间距传感器16监测第四U型电磁力装置U4与第二磁性导轨22之间的间距δ 4 。
第五U型电磁力装置U5由U型铁心11、电磁线圈12和间距传感器13组成，调节电磁线圈12的电流大小可以调整第五U型电磁力装置U5与第二磁性导轨22之间的间距δ 5 ，间距传感器13监测第五U型电磁力装置U5与第二磁性导轨22之间的间距δ 5 。
第六U型电磁力装置U6由U型铁心17、电磁线圈18和间距传感器19组成，调节电磁线圈18的电流大小可以调整第六U型电磁力装置U6与第二磁性导轨22之间的间距δ 6 ，间距传感器19监测第六U型电磁力装置U6与第二磁性导轨22之间的间距δ 6 。
本发明的一个实施例为一种机床运动平台，其截面结构如图1所示，第一U型电磁力装置U1与第二U型电磁力装置U2是协同工作的，根据间距传感器3监测到的间距δ 1 和间距传感器9监测到的间距δ 2 ，若δ 1 -δ 2 ＞δ 0 ，则增加电磁线圈2的电流和减小电磁线圈8的电流，当δ 1 -δ 2 ＜0.2δ 0 时，保持电磁线圈2和电磁线圈8电流不变；若δ 2 -δ 1 ＞δ 0 ，则减小电磁线圈2的电流和增加电磁线圈8的电流，当δ 2 -δ 1 ＜0.2δ 0 时，保持电磁线圈2和电磁线圈8电流不变。
本发明的一个实施例为一种机床运动平台，其截面结构如图1所示，第三U型电磁力装置U3与第四U型电磁力装置U4是协同工作的，根据间距传感器6监测到的间距δ 3 和间距传感器16监测到的间距δ 4 ，若δ 3 -δ 4 ＞δ 0 ，则增加电磁线圈5的电流和减小电磁线圈15的电流，当δ 3 -δ 4 ＜0.2δ 0 时，保持电磁线圈5和电磁线圈15电流不变；若δ 4 -δ 3 ＞δ 0 ，则减小电磁线圈5的电流和增加电磁线圈15的电流，当δ 4 -δ 3 ＜0.2δ 0 时，保持电磁线圈5和电磁线圈15电流不变。
本发明的一个实施例为一种机床运动平台，其截面结构如图1所示，第五U型电磁力装置U5与第六U型电磁力装置U6是协同工作的，根据间距传感器13监测到的间距δ 5 和间距传感器19监测到的间距δ 6 ，若δ 5 -δ 6 ＞δ 0 ，则增加电磁线圈12的电流和减小电磁线圈18的电流，当δ 5 -δ 6 ＜0.2δ 0 时，保持电磁线圈12和电磁线圈18电流不变；若δ 6 -δ 5 ＞δ 0 ，则减小电磁线圈12的电流和增加电磁线圈18的电流，当δ 6 -δ 5 ＜0.2δ 0 时，保持电磁线圈12和电磁线圈18电流不变。
以上实施例说明中，δ 0 为各个U型电磁力装置与导轨之间的均匀间隙，视运动部件的载荷等因素，δ 0 为0.5mm-1.5mm。
实施例中关键部件，U型铁心可以采用本领域常用的0.5mm厚的硅钢片冲压并涂漆后叠成；电磁线圈可以采用本领域常用的电磁漆包线绕成，并浸绝缘漆和烘干处理；T型导轨可以采用导磁不锈钢如SUS430制成。

Claims (3)

1.一种无接触导向装置，包括有机床运动平台、运动部件（23）和工作台（24），其特征在于：还包括有第一U型电磁力装置U1、第二U型电磁力装置U2、第三U型电磁力装置U3、第四U型电磁力装置U4、第五U型电磁力装置U5、第六U型电磁力装置U6、第一T型磁性导轨(21)、第二T型磁性导轨(22)、第一支架(10)、第二支架(20)，其中第一支架(10)、第二支架(20)均为槽型结构，第一U型电磁力装置U1、第二U型电磁力装置U2、第三U型电磁力装置U3安装在位于运动部件（23）一侧的第一支架(10)槽型结构的两侧内侧壁和底部内壁上，第四U型电磁力装置U4、第五U型电磁力装置U5、第六U型电磁力装置U6安装在位于运动部件(23)另一侧的第二支架(20)槽型结构的两侧内侧壁和底部内壁上，第一支架(10)、第二支架(20)的底部外壁分别与运动部件(23)连接，以支撑运动部件(23)不与第一T型磁性导轨(21)、第二T型磁性导轨(22)接触，第一T型磁性导轨(21)、第二T型磁性导轨(22)平行固定在机床的床身(25)上，第一支架(10)、第二支架(20)上的U型电磁力装置分别与第一T型磁性导轨(21)、第二T型磁性导轨(22)之间留有间隙。
2.根据权利要求1所述的无接触导向装置，其特征在于无接触导向装置中的U型电磁力装置由U型铁心、电磁线圈和间距传感器构成，其中电磁线圈缠绕在U型铁心上，间距传感器设置在U型铁心指向T型磁性导轨的顶端旁。
3.根据权利要求1所述的无接触导向装置，其特征在于无接触导向装置中的U型电磁力装置为两个一组协同工作，其中位于第一支架槽型结构的两侧内侧壁上的第一U型电磁力装置U1和第二U型电磁力装置U2为一组，位于第二支架槽型结构的两侧内侧壁上的第五U型电磁力装置U5和第六U型电磁力装置U6为一组，位于第一支架槽型结构的底部内壁上的第三U型电磁力装置U3和位于第二支架槽型结构的底部内壁上的第四U型电磁力装置U4为一组。
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