CN1180919C - 用于超精密加工的常导半吸浮型磁悬浮驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超精密加工的常导半吸浮型磁悬浮驱动系统。它具有恒温腔，恒温腔由冷热驱动器控制，在恒温腔内设有轨导，轨导两侧设有驱动绕组，下端设有悬浮磁钢，在导轨上设有驱动装置，在驱动装置两内侧设有与轨道驱动绕组相对应的导向及驱动磁钢，在驱动装置下端设有与导轨下端的悬浮磁钢相对应的永磁体、励磁线圈、磁极铁心，在驱动装置两侧还设有力传感器，上端设有温度传感器，在导轨下端设有温度传感器。本发明的优点是：1)在动静态摩擦系数不变的情况下，能够较大减小动静态摩擦力，从而抑制因动静态摩擦力不同所引起的振荡。2)即使突然失去电流，也不会完全失去吸浮力并造成冲击而影响驱动器及导轨的精度。3)稳定性好。4)可控性好。

Description

用于超精密加工的常导半吸浮型磁悬浮驱动系统

                          技术领域

本发明涉及一种用于超精密加工的常导半吸浮型磁悬浮驱动系统。

                          背景技术

制约超精密加工的因素较多，如环境温度的影响、导轨的变形、回转体的跳动等等，而导轨的动态和静态摩擦系数相差较大，导致跳跃式进给并引起闭环控制系统的振荡，也是影响超精密加工发展的关键因素之一。目前减少动静态摩擦系数的常规方法是采用静压导轨，这样做的缺点是装置复杂，一旦漏油将引起环境污染；另一较新的方法是在导轨上加磁性油精，利用机械即时启动的摩擦能量，迅速激活金属表面的正离子，在两个接触面上形成正离子保护层并同性相斥，使动态摩擦系数降到很低的水平，但这样做不能解决静态摩擦系数太大的问题，在闭环控制过程中，同样会因动静态摩擦系数不同而引起控制系统的振荡。针对当前超精密加工中导轨动静态摩擦系数相差较大的问题，提出用于超精密加工的常导半吸浮型磁悬浮驱动系统。

                          发明内容

本发明的目的是提供一种用于超精密加工的常导半吸浮型磁悬浮驱动系统。

它具有恒温腔，恒温腔由冷热驱动器控制，在恒温腔内设有轨导，轨导两侧设有驱动绕组，下端设有悬浮磁钢，在导轨上设有驱动装置，在驱动装置两内侧设有与轨道驱动绕组相对应的导向及驱动磁钢，在驱动装置下端设有与导轨下端的悬浮磁钢相对应的永磁体、励磁线圈、磁极铁心，在驱动装置两侧还设有力传感器，上端设有温度传感器，在导轨下端设有温度传感器。

本发明的优点是：

1)常导半吸浮型磁悬浮驱动器，因吸浮作用使两接触面之间的接触力大大减小，在动静态摩擦系数不变的情况下，能够较大减小动静态摩擦力，从而抑制因动静态摩擦力不同所引起的振荡。

2)常导半吸浮型磁悬浮驱动器，一方面处于半悬浮状态，即将要离开又没有离开导轨；另一方面采用混合励磁方式。故即使突然失去电流，也不会完全失去吸浮力并造成冲击而影响驱动器及导轨的精度。

3)常导半吸浮型磁悬浮驱动器，因驱动器没有离开导轨处于半吸浮状态，故其稳定性比吸浮型磁悬浮驱动器好。

4)常导半吸浮型磁悬浮驱动器，因采用混合励磁系统，可控性好。

5)通过控制恒温腔的温度场，使位移场稳定，从而达到提高驱动器进给精度的目的。采用基于预测的多模态智能控制策略，解决非线性、大时滞的控制对象对系统造成的严重影响。

                          附图说明

附图是用于超精密加工的常导半吸浮型磁悬浮驱动系统结构示意图。

                          具体实施方式

用于超精密加工的常导半吸浮型磁悬浮驱动系统具有恒温腔2，恒温腔由冷热驱动器1控制，在恒温腔内设有轨导13，轨导13两侧设有驱动绕组5，下端设有悬浮磁钢12，在导轨上设有驱动装置3，在驱动装置两内侧设有与轨道驱动绕组相对应的导向及驱动磁钢6，在驱动装置下端设有与导轨下端的悬浮磁钢相对应的永磁体7、励磁线圈8、磁极铁心9，在驱动装置两侧还设有力传感器11，上端设有温度传感器4，在导轨下端设有温度传感器10。

所说的温度传感器为热电阻温度传感器、热电偶温度传感器、半导体温度传感器、石英晶体温度传感器。冷热驱动器为石英加热管、半导体致冷器。力传感器为金属应变式力传感器、半导体力传感器、压电陶瓷力传感器。

常导半吸浮型磁悬浮驱动器安放在导轨上，左右对称，通过固定在导轨上的悬浮磁钢和采用高性能永磁材料与电励磁线圈混合的励磁系统，根据异性相吸原理产生吸浮力。混合励磁系统的基本励磁由永磁提供，而动态调整由电励磁完成，因而突出了可控性优点。吸浮力的作用是减小驱动装置与导轨的接触力，在静态和动态摩擦系数不变的情况下，大大减小静态和动态的摩擦力，从而抑制因动静态摩擦系数不同引起的振荡，提高超精密加工的进给精度。由力传感器、悬浮磁钢和混合励磁系统构成一个闭环的控制系统，通过多模态智能控制使动态和静态的摩擦力都较小，且接近相等。为了使驱动装置保持稳定，并且在控制系统失控的情况下不会造成较大的冲击，要求驱动装置不离开导轨，处于半悬浮状态，因此，吸浮力不宜太大，通过改变吸浮力的大小，使驱动器的静态摩擦力、动态摩擦力及稳定性处于最佳状态。驱动装置的进给由驱动绕组和导向及驱动磁钢控制。在超精密加工中，为了减少因温度变化引起的热变形，把常导半吸浮型磁悬浮驱动器放在恒温腔内，通过多个温度传感器对恒温腔内温度场进行检测，充分考虑温度场、位移场的非线性、时滞特性，采用基于预测的多模态智能控制算法，把冷热驱动器作为执行机构控制恒温腔中的温度，使工作过程中恒温腔的温度保持恒定。温度传感器指热电阻、热电偶、半导体测温器件、石英晶体测温器件等，冷热驱动器指石英加热管、半导体致冷器等，力传感器指由金属应变片构成的力传感器、半导体压力传感器、压电陶瓷压力传感器等。

Claims (4)

1.一种用于超精密加工的常导半吸浮型磁悬浮驱动系统，其特征在于它具有恒温腔(2)，恒温腔由冷热驱动器(1)控制，在恒温腔内设有轨导(13)，轨导(13)两侧设有驱动绕组(5)，下端设有悬浮磁钢(12)，在导轨上设有驱动装置(3)，在驱动装置两内侧设有与轨道驱动绕组相对应的导向及驱动磁钢(6)，在驱动装置下端设有与导轨下端的悬浮磁钢相对应的永磁体(7)，励磁线圈(8)、磁极铁心(9)，在驱动装置两侧还设有力传感器(11)，上端设有温度传感器(4)，在导轨下端设有温度传感器(10)。

2.根据权利要求1所述的一种用于超精密加工的常导半吸浮型磁悬浮驱动系统，其特征在于所说的温度传感器为热电阻温度传感器、热电偶温度传感器、半导体温度传感器或石英晶体温度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种用于超精密加工的常导半吸浮型磁悬浮驱动系统，其特征在于所说的冷热驱动器为石英加热管或半导体致冷器。

4.根据权利要求1所述的一种用于超精密加工的常导半吸浮型磁悬浮驱动系统，其特征在于所说的力传感器为金属应变式力传感器、半导体力传感器或压电陶瓷力传感器。