CN105014152B - 弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，包括机座，机座的一侧固定设有料架，机座的上端固定设有支架，支架的一侧固定设有支座，支架和支座之间设有凹槽，凹槽内固定设有进给直线电机，支座的外侧依次固定设有盘形直线电机和弧形直线电机，弧形直线电机通过平键设有锯片座，锯片座通过压板固定设有锯片；本发明还设有数控系统，数控系统包括位置编码器、旋转变压器以及PLC控制器。本发明的有益效果：本发明数控金属圆锯机结构简单，噪音小，节能，响应速度快，控制精度高。

Description

弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机

技术领域

本发明涉及圆锯机技术领域，具体来说，涉及一种弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机。

背景技术

传统意义上的金属锯切常被认为是简单的切断下料工序。随着现代制造工业朝着高效、高精度和经济性的方向发展，锯切作为金切加工的起点，已成为零件加工过程中重要的组成环节。锯切可以节约材料、减少二次加工量和提高生产效率，因此锯床特别是自动化锯床已广泛应用于钢铁、机械、汽车、造船、石油、矿山和航空航天等国民经济各个领域。

目前我国锯床制造水平已有了很大程度的提高，提高的途径主要有：锯床用户积极和科研院所联合，对已有的普通带锯床进行数控化改造；锯床生产商利用可编程控制器实现锯床的自动化或采用其它改进措施，如国产GZ4025、GZ4032-1锯床等；科研机构对锯床做一定深度的理论研究，如哈尔滨理工大学的全自动带锯床的模糊控制系统的研究等。

制造水平虽有很大程度的提高，但众多的国内锯床生产厂家，总体又以中低档产品居多，存在设备返修率高和锯口粗糙、加工范围较窄等问题。另一制约因素是对于有色金属及特硬难加工材料的锯切往往依赖于进口国外先进锯床。所以我国锯床产业急需提高制造档次，向着生产中、高档锯床产品的方向发展。

加工精度进一步提高。采用先进的变频电动机驱动、精密的滚珠丝杠传动和激光定位方式，配以伺服控制的液压系统，由计算机自动在线监控锯切全过程，锯条速度、进给速度、卡紧力均可做到任意设置、最优化组合，由此提高锯床的加工精度。此外，金属锯切的关键技术点高精度的切割力控制一直是锯床技术研究的重点。

锯床加工高效化、范围扩大化。提高锯切效率，尤其是提高厚材及硬金属锯切效率，避免锯切成为整条生产线的瓶颈，一直是锯切及锯床技术领域多年关注的焦点。锯切范围扩大化已是趋势，如目前我国最大的带锯床G42200型锯床可切割直径为2m的管料和空心料。德国贝灵格巨型卧式带锯床可锯切达2.5m×2.0m的实心方材，巨型立式带锯床可锯切长达10m的板材及棒材。

锯床全数控化、网络化。大型工件的切割过程往往持续数小时，为保证一人多机的生产条件，提高锯切加工的精度和效率，锯切过程的全数控化势在必行。网络化生产、远程诊断及维护是当今数控机床的发展趋势，数控锯床也不例外。网络化生产可以使锯切过程与其余环节相联系，提高生产率，便于企业对各环节实现高效的统一管理。远程诊断和维护更是经济全球化的结果，可以提供跨国跨区域极为迅捷的设备维护。

发明内容

本发明的目的是提供一种弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，以解决目前现有金属圆锯机传动结构复杂、传动效率低、能耗高、响应速度慢、精度控制不稳定的问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，包括机座，所述机座的一侧固定设有料架，所述机座的上端固定设有支架，所述支架的一侧固定设有支座，所述支架和支座之间设有凹槽，所述凹槽内固定设有进给直线电机，所述支座的外侧依次固定设有盘形直线电机和弧形直线电机，所述弧形直线电机通过平键设有锯片座，所述锯片座通过压板固定设有锯片；所述弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机设有数控系统，所述数控系统包括设于进给直线电机上的用于信号反馈和精确控制其位移和速度的位置编码器、设于弧形直线电机和盘形直线电机上的用于测定反馈其速度的旋转变压器以及PLC控制器。

进一步的，所述弧形直线电机包括飞轮转子一和固定设于机座上且位于飞轮转子一外圆周侧面的定子组件一，所述飞轮转子一包括飞轮本体、永磁体一以及导磁内圈，所述永磁体一与导磁内圈固定在一起，且沿所述飞轮转子一的外圆周设置，所述导磁内圈设于所述永磁体一与飞轮本体之间，所述定子组件一包括至少一个定子一以及固定所述定子组件一的定子座一，所述定子座一固定设于所述机座一上，所述定子一设于所述飞轮转子一的外圆周，每个所述定子一均包括定子铁芯一以及设于所述定子铁芯一内的定子绕组一；所述盘形直线电机包括飞轮转子二和固定设于机座上且位于飞轮转子二右侧端面的定子组件二，所述飞轮转子二包括永磁体二以及导磁内环，所述永磁体二与导磁内环固定在一起，且呈圆环状设于所述飞轮转子二的右侧端面，所述导磁内环设于所述永磁体二与飞轮本体之间，所述定子组件二包括至少一个定子二以及固定所述定子组件二的定子座二，所述定子座二固定设于所述机座上，所述定子二设于所述飞轮转子二的端面，每个所述定子二均包括定子铁芯二以及设于所述定子铁芯二内的定子绕组二。

进一步的，所述进给直线电机包括定子组件三和转子组件，所述定子组件三包括至少一个定子三以及固定所述定子组件三的定子座三，所述定子座分别固定在机座以及大拖板上，所述定子三设于所述转子组件的正下方，每个所述定子三均包括定子铁芯三以及设于所述定子铁芯三内的定子绕组三。

进一步的，所述飞轮本体与导磁内圈的结合缝隙处的左右端面均设有骑缝螺钉。

进一步的，所述永磁体一和永磁体二的材质均为导电金属，所述导磁内圈和导磁内环的材质均为稀土永磁材料。

进一步的，所述永磁体一与导磁内圈之间以及所述永磁体二与导磁内环之间均通过胶粘结固定在一起。

进一步的，所述弧形直线电机、盘形直线电机以及进给直线电机均设有导向装置，所述导向装置设有用于锁紧导轨的止动块。

进一步的，所述飞轮转子一与支座之间通过推力调心滚子轴承相连，且所述飞轮转子一与推力调心滚子轴承之间以及所述支座与推力调心滚子轴承之间均通过圆螺母固定连接。

进一步的，所述定子组件一与飞轮转子一之间以及定子组件二与飞轮转子二之间均设有间隙。

本发明的有益效果：本发明的主传动的减速传动链少，传动效率高，结构简单故障率低；

弧形直线电机和盘形直线电机的散热性好，易于数控。而且能频繁正反转启动，其启动电流小，对电网无冲击，电量消耗低，节电约30%；

飞轮转子一和飞轮转子二上设有的旋转变压器通过测定反馈飞轮转子一和飞轮转子二的速度从而精确控制锯片座的转速，进给直线电机通过位置编码器控制，止动块自动锁紧，位置控制精度高，上述进而实现了本发明数控金属圆锯机响应速度快，响应时间短，节省了大量的工作辅助时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机的剖视结构示意图之一；

图2是根据本发明实施例所述的弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机的剖视结构示意图之二；

图3是图1中M处的放大示意图。

图中：

1、机座；2、支架；3、推力调心滚子轴承；4、支座；5、弧形直线电机；6、盘形直线电机；7、锯片座；8、压板；9、平键；10、锯片；11、进给直线电机；12、料架；111、转子组件；112、定子组件三；51、飞轮转子一；52、定子组件一；511、永磁体一；512、导磁内圈；513、飞轮本体；514、骑缝螺钉；521、定子一；522、定子座一；5211、定子铁芯一；5212、定子绕组一；61、飞轮转子二；62、定子组件二；611、永磁体二；612、导磁内环；613、螺钉；621、定子二；622、定子座二；6211、定子铁芯二；6212、定子绕组二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，根据本发明的实施例所述的一种弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，包括机座1，所述机座1的一侧固定设有料架12，所述机座1的上端固定设有支架2，所述支架2的一侧固定设有支座4，所述支架2和支座4之间设有凹槽，所述凹槽内固定设有进给直线电机11，所述支座4的外侧依次固定设有盘形直线电机6和弧形直线电机5，所述弧形直线电机5与支座4间通过推力调心滚子轴承3连接，所述弧形直线电机5的飞轮转子一51通过平键9设有锯片座7，所述锯片座7通过压板8固定设有锯片10；所述弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机设有数控系统，所述数控系统包括设于进给直线电机11上的用于信号反馈和精确控制其位移和速度的位置编码器、设于弧形直线电机5和盘形直线电机6上的用于测定反馈其速度的旋转变压器以及PLC控制器。

在一个具体的实施例中，弧形直线电机5包括飞轮转子一51和定子组件一52，飞轮转子一51为弧形直线电机5次级，定子组件一52为初级。飞轮转子一51通过平键9固定在主轴上；定子组件一52固定在机座1上且位于飞轮转子一51的外圆周侧面。盘型直线电机6包括飞轮转子二61以及定子组件二62，飞轮转子二61为盘形直线电机6次级，定子组件二62为初级；飞轮转子二61固定在弧形直线电机5上且在飞轮转子二51的右侧端面，定子组件二62固定在机座1上。具体工作时，弧形直线电机5的定子组件一52和盘形直线电机6的定子组件二62通过电磁力分别直接驱动飞轮转子一51和飞轮转子二61，通过平键9带动锯片10旋转。上述传动结构一方面减少了主传动的减速传动链，传动效率高，结构简单故障率低；另一方面，弧形直线电机5和盘形直线电机6不仅散热性好，易于数控，而且能频繁正反转启动，其启动电流小，对电网无冲击，电量消耗低，节电约30%。

在一个具体的实施例中，弧形直线电机5的飞轮转子一51包括永磁体一511以及导磁内圈512，永磁体一511与导磁内圈512固定在一起，且沿飞轮转子一51的外圆周设置，导磁内圈512设置在永磁体一511与飞轮本体513之间且固定在飞轮本体513上。永磁体一511与导磁内圈512通过胶粘结方式固定在一起。为了防止导磁内圈512与飞轮本体513相互之间转动，在导磁内圈512和飞轮本体513结合缝的左右端面分别设置有骑缝螺钉514进行紧固。

在一个具体的实施例中，盘形直线电机6的飞轮转子61包括永磁体二611以及导磁内环612，永磁体二611与导磁内环612固定在一起，且呈圆环状在飞轮转子61的右侧端面上设置，导磁内环612设置在永磁体二611与飞轮本体513之间且通过螺钉613固定在飞轮本体513上。永磁体二611与导磁内环612通过爆炸焊接方式固定在一起。

永磁体一511和永磁体二611是由稀土永磁材料制成，导磁内圈512和导磁内环612是由导磁金属材料制成。在一个具体的实施例中，永磁体一511和永磁体二611是稀土材料，例如：钕铁硼；导磁内圈512和导磁内环612是5-10mm的导磁金属，例如：电工纯铁。

弧形直线电机5的定子组件一52包括至少一个定子一521以及固定定子组件一52的定子座一522，定子座一522固定在机座1上。在一个具体的实施例中，设置了两个定子组件一52以及定子座一522。定子组件一52以飞轮转子一51的转动轴线对称设置，且设置在飞轮转子一51的圆周外侧面。每个定子一521包括定子铁芯一5211以及定子绕组一5212，定子绕组一5212设置在定子铁芯一5211内。在定子组件一52与飞轮转子一51之间设有间隙。

盘形直线电机6的定子组件二62包括至少一个定子二621以及固定定子组件二62的定子座二622，定子座恶二622固定在机座1上。在一个具体的实施例中，设置了一个定子组件二62以及定子座二622。定子组件二62以飞轮转子二61的转动轴线对称设置，且设置在飞轮转子二61的圆周外侧面，为一个圆环。每个定子二621包括定子铁芯二6211以及定子绕组二6212，定子绕组二6212设置在定子铁芯二6211内。在定子组件二62与飞轮转子二61之间设有间隙。

具体工作时，当弧形直线电机5的定子绕组一5212通入交变电流后，会产生沿圆周方向旋转的磁场，可驱动飞轮转子一51作旋转运动。而飞轮转子一51与飞轮本体513通过平键9带动锯片座7旋转，分别改变两台弧形直线电机5的旋转磁场方向，可以轻易控制并实现对飞轮转子一51的旋转加速和减速制动。

本发明具体实施时，固定在支座4上的弧形直线电机5和盘形直线电机6电磁力分别驱动飞轮转子一51和飞轮转子二61，飞轮转子一51和飞轮转子二61与飞轮本体513通过骑缝螺钉514和螺钉613固定连接，飞轮转子一51和飞轮转子二61与飞轮本体513旋转通过平键9带动锯片座7旋转。飞轮转子一51和飞轮转子二61上设置有旋转变压器，旋转变压器通过测定反馈飞轮转子一51和飞轮转子二61的速度从而精确控制锯片座7的转速。弧形直线电机5和盘形直线电机6内部设置有电磁制动，能实现设备任意时候停车。进给直线电机11，通过速度位置编码器控制，止动块自动锁紧，位置控制精度高。

在本实施例中，还设置有数控系统。数控系统包括速度位置编码器、旋转变压器以及PLC控制器。速度位置编码器分别安装在进给直线电机11的转子上，旋转变压器安装在驱动锯片座7的弧形直线电机5和盘形直线电机6的飞轮转子一51和飞轮转子二61上，速度位置编码器和旋转变压器的信号反馈给PLC按程序数字化控制各直线电机按指令要求运转，速度和位置控制精确。还可以通过触摸屏对运行参数进行数字化设置，程序控制设备整个运行过程。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明数控金属圆锯机结构简单，噪音小，节能，响应速度快，控制精度高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，其特征在于，包括机座(1)，所述机座(1)的一侧固定设有料架(12)，所述机座(1)的上端固定设有支架(2)，所述支架(2)的一侧设有凹槽，所述凹槽内固定设有进给直线电机(11)，所述进给直线电机(11)上固定设置有支座(4)；所述支座(4)的外侧依次固定设有盘形直线电机(6)和弧形直线电机(5)，所述弧形直线电机(5)通过平键(9)设有锯片座(7)，所述锯片座(7)通过压板(8)固定设有锯片(10)；所述弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机设有数控系统，所述数控系统包括设于进给直线电机(11)上的用于信号反馈和精确控制其位移和速度的位置编码器、设于弧形直线电机(5)和盘形直线电机(6)上的用于测定反馈其速度的旋转变压器以及PLC控制器。

2.根据权利要求1所述的弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，其特征在于，所述弧形直线电机(5)包括飞轮转子一(51)和固定设于支座(4)上且位于飞轮转子一(51)外圆周侧面的定子组件一(52)，所述飞轮转子一(51)包括飞轮本体(513)、永磁体一(511)以及导磁内圈(512)，所述永磁体一(511)与导磁内圈(512)固定在一起，且沿所述飞轮转子一(51)的外圆周设置，所述导磁内圈(512)设于所述永磁体一(511)与飞轮本体(513)之间，所述定子组件一(52)包括至少一个定子一(521)以及定子座一(522)，所述定子座一(522)固定设于所述支座(4)上，所述定子一(521)设于所述飞轮转子一(51)的外圆周，每个所述定子一(521)均包括定子铁芯一(5211)以及设于所述定子铁芯一(5211)内的定子绕组一(5212)；

所述盘形直线电机(6)包括飞轮转子二(61)和固定设于定子座一(522)上且位于飞轮转子二(61)右侧端面的定子组件二(62)，所述飞轮转子二(61)包括永磁体二(611)以及导磁内环(612)，所述永磁体二(611)与导磁内环(612)固定在一起，且呈圆环状设于所述飞轮转子二(61)的右侧端面，所述导磁内环(612)设于所述永磁体二(611)与飞轮本体(513)之间，所述定子组件二(62)包括至少一个定子二(621)以及定子座二(622)，所述定子座二(622)固定设于所述定子座一(522)上，所述定子二(621)设于所述飞轮转子二(61)的端面，每个所述定子二(621)均包括定子铁芯二(6211)以及设于所述定子铁芯二(6211)内的定子绕组二(6212)。

3.根据权利要求1所述的弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，其特征在于，所述进给直线电机(11)包括定子组件三(112)和转子组件(111)，所述定子组件三(112)包括至少一个定子三以及定子座三，所述定子座三固定在支架(2)上，所述定子三设于所述转子组件(111)的正下方，每个所述定子三均包括定子铁芯三以及设于所述定子铁芯三内的定子绕组三。

4.根据权利要求2所述的弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，其特征在于，所述飞轮本体(513)与导磁内圈(512)的结合缝隙处的左右端面均设有骑缝螺钉(514)。

5.根据权利要求2所述的弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，其特征在于，所述永磁体一(511)和永磁体二(611)的材质均为稀土永磁材料，所述导磁内圈(512)和导磁内环(612)的材质均为导磁金属。

6.根据权利要求2所述的弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，其特征在于，所述永磁体一(511)与导磁内圈(512)之间以及所述永磁体二(611)与导磁内环(612)之间均通过胶粘结固定在一起。

7.根据权利要求1所述的弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，其特征在于，所述进给直线电机(11)设有导向装置，所述导向装置设有用于锁紧导轨的止动块。

8.根据权利要求2所述的弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，其特征在于，所述飞轮转子一(51)与支座(4)之间通过推力调心滚子轴承(3)相连，且所述飞轮转子一(51)与推力调心滚子轴承(3)之间以及所述支座(4)与推力调心滚子轴承(3)之间均通过圆螺母固定连接。

9.根据权利要求2所述的弧形及盘形永磁同步伺服直线电机驱动的数控金属圆锯机，其特征在于，所述定子组件一(52)与飞轮转子一(51)之间以及定子组件二(62)与飞轮转子二(61)之间均设有间隙。