[其他]用恒溫直線電機驅(qū)動的位移控制裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86107217
• 申請日: 1986-10-16
• 公開（公告）號: CN86107217A
• 公開（公告）日: 1987-06-10
• 發(fā)明（設計）人: 王貴明
• 申請（專利權）人: 王貴明
• 主分類號: B23Q11/14
• 分類號: B23Q11/14;B23Q15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于直線電機拖動自動控制技術。

現(xiàn)有的直線位移控制裝置除液壓傳動外，大部分是利用放置電機驅(qū)動絲桿，從而帶動機床拖板移動;就近幾年新發(fā)展的數(shù)控機床也是由伺服（旋轉）電機驅(qū)動滾珠絲桿來控制進給的;這種機構從性能上來分析：一方面由于靠絲桿傳動，在提高精度上受到一定的限止;另一方面根據(jù)自動控制理論分析，當用直線位置檢測元件聯(lián)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)時，雖然通過反饋補償，大大提高了機床的靜態(tài)定位精度，但由于系統(tǒng)內(nèi)包括了機床拖板，絲桿等一些動態(tài)響應時間常數(shù)較大的機械傳動件，使動態(tài)響應變差，并增加了對系統(tǒng)進行穩(wěn)定性校正的復雜性。

尤其是對當前國防科學技術，電子儀表工業(yè)的發(fā)展直接有關的超精密加工技術來講，上述的機械傳動機構，使其發(fā)展受到一定的限制。開發(fā)超精密機床，其實質(zhì)是提高機床的運動精度，其中提高直線運動精度是一項重要的技術。

本發(fā)明是從機電一體化設計思想出發(fā)，綜合考慮了與直線運動精度有關的直線進給驅(qū)動控制，微量進給，精定位，溫度熱變形控制，在線檢測，誤差補償?shù)雀黜椉夹g。采用當前國外正在積極開發(fā)研制的直線電機作驅(qū)動，并在結構上為滿足機床導軌驅(qū)動要求，作了下述的一些改進。從而省去了傳動絲桿等機械元件，不僅使機械結構大大簡化，更主要的是有利于進一步提高直線位移精度，改善動態(tài)響應特性，為解決超精密加工機床的直線運動機構提供了一方案。

首先考慮到直線電機的初、次級繞組，在進行電磁能量轉換過程中必將產(chǎn)生熱量，這將直接影響機床導軌的熱變形，為此本發(fā)明在直線電機內(nèi)增加了一種恒溫控制裝置，其中方法之一是在直線電機的定、轉子內(nèi)嵌入氟里昂制冷機的蒸發(fā)管，（當然也可以用半導體制冷元件或其它制冷元件）利用蒸發(fā)管的熱傳導進行降溫，并在附近安裝有溫度檢測元件通過反饋，以達到一定范圍的恒溫控制，從根本上消除了機床導軌的熱變形。

其次為滿足機床對位移速度的要求，以獲得較好的調(diào)速特性，該裝置在所采用的低速特性較好的直流直線電機內(nèi)再增加一組測速繞組，根據(jù)測速繞組的輸出電壓與位移速度的關系進行測速負反饋控制，以獲得較好的調(diào)速特性。

再次為精確控制位移量，在機床導軌上平行安裝一直線位置檢測元件。考慮目前已采用較多的光柵、感應同步器、磁柵這三種直線位置檢測元件，由于后兩種都是利用電磁感應原理檢測的，為防止直線電機上的電磁感應對其的干擾，考慮采用利用光電轉換原理的光柵作直線位置檢測元件較合適，通過位置檢測反饋來控制位移量，到位后切斷電樞繞組電流，使所產(chǎn)生的推力為零，并同時利用勵磁繞組產(chǎn)生的磁力使轉子迅速制動，以達到精確定位。

為了滿足機床加工所需要的一定位移量和運行性能，所采用的直流直線電機應該是多極電機，為此本來需要增加電刷來進行換向，但本發(fā)明由于已裝有位置檢測元件，就可以根據(jù)電機設計的極距和位移時的檢測信號進行比較，來控制改變電樞繞組的電流方向，這樣就不再需要電刷換向，即簡化了結構又減少了由于電刷換向存在的一些問題。

為了進一步適合于超精密加工機床的要求，本發(fā)明實施的又一個方案是其直線電機采用直流加微步進組合式直線電機，即在利用上述多極無電刷直流直線電機驅(qū)動的同時，再附加一微進給直線步進電機。該微進給直線步進電機可以利用壓電陶瓷的磁致伸縮原理制成，其步距根據(jù)要求可設計在5～0.01微米之間，利用直流電機進行快、慢速進給控制，利用微步進電機進行微量進給，以滿足超精密加工的要求。為此也必須進一步提高位置檢測元件的分辨率和精度，基于現(xiàn)有的光柵檢測元件由于制造工藝等原因，在未能提高光柵玻璃直尺的刻線密度的情況下，可以通過電子線路進一步細分來提高分辨率，同時采用軟件定點補償來提高精度，即在整個裝置安裝完畢后，再通過更高一級的位置測量裝置，如激光干涉儀，進行測量比較后，利用微型計算機的軟件控制，在EPROM存貯器中設定多點，進行定點補償來提高檢測精度。

另外該發(fā)明由于導軌間的位移采用了直線電機驅(qū)動，從而就可以實現(xiàn)導軌副之間無機械接觸的磁墊導軌，從根本上消除了由于導軌間的不平度等，對傳動帶來振動等不良現(xiàn)象。附圖是其實施方案之一，即利用直線電機的定轉子兼作導軌副，為保證磁墊氣隙間的平衡，設想在氣隙間安裝一間隙測量元件，根據(jù)檢測信號控制兩側勵磁繞組電流，以改變兩側定子對轉子的吸引力（或推斥力），即磁墊導軌的懸浮力，來調(diào)正磁墊氣隙間距。當然根據(jù)導軌的移動方向，拖板所受重力和加工時所受切削力的方向，其導軌副的形狀也應該是不同的，并且兼作產(chǎn)生磁墊浮力的直線電機定子的設計和位置布局等也需綜合考慮。

附圖說明：

在附圖中（1）為溫度檢測元件，（2）為氣隙間隙檢測元件，（3）為拖板，（4）為位置檢測元件的滑尺，（5）為位置檢測元件的定尺，（6）為直線電機轉子，（7）為直線電機定子，（8）為制冷機的蒸發(fā)管，（9）為氣隙，（10）為機床床身。