龍門鏜銑床用磁懸浮平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型提供一種采龍門鏜銑床用磁懸浮平臺，本實用新型屬于數(shù)控加工技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有越來越重要的地位，而發(fā)展工業(yè)需要裝備，機床是機械制造業(yè)的主要加工設備。因此世界上許多國家特別重視機床工業(yè)的發(fā)展，認為機床工業(yè)是整個制造業(yè)中最重要、最活躍、最具創(chuàng)造力的部門。然而傳統(tǒng)的運動平臺的移動式加工中，工作臺和靜止導軌之間存在的摩擦給整個生產(chǎn)帶來不可忽視的影響。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，該摩擦會消耗近百分之三十的能量。因此目前各國把消除或減少摩擦的不良影響作為提高機床技術水平方向之一。
[0003]為了減少移動部件與靜止導軌之間摩擦，國內(nèi)外所采取的主要措施有:靜壓技術、采用新材料構成低摩擦運動副及滾動導軌代替滑動導軌。這三種措施能夠達到減小摩擦的效果。但不管以什么方式減小摩擦，都是無源方式在起作用。要想從根本上徹底解決摩擦問題，唯有把兩個相對運動的接觸面分離開來，不直接發(fā)生接觸。也就是說，只有移動部件懸浮起來，消除摩擦，才能最終解決問題。
[0004]與傳統(tǒng)的固定式龍門鏜銑床的工作平臺相比，磁懸浮運動平臺具有無機械摩擦、無接觸磨損和無需潤滑的優(yōu)點。由于相對運動表面間沒有接觸，因而徹底消除了爬行現(xiàn)象，沒有因磨損和接觸疲勞所產(chǎn)生的精度下降和壽命問題，而電子元件的可控性優(yōu)于機械零件，使得其可控性高于傳統(tǒng)的運動平臺；而且省掉了靜壓導軌必需的龐大油路輔助設備，對環(huán)境不產(chǎn)生污染，降低了超潔凈防塵條件；由于磁懸浮式運動平臺采用了主動控制，可提高數(shù)控機床的信息處理能力，如工況檢測、預報和故障診斷。而且磁懸浮式運動平臺有工作溫度范圍大、維護簡單、壽命長等優(yōu)點。但要將磁懸浮技術應用到大型龍門固定式鏜銑床的工作臺懸浮上，還有不少關鍵技術等待解決，在這里，由于被懸浮的工作臺的質(zhì)量較大、要求懸浮高度的動、靜態(tài)精度很高、而且系統(tǒng)要有高剛度、能夠超低速進給等，這與其它領域中對懸浮系統(tǒng)所要求的性能有重大區(qū)別。這些特殊性要求給本懸浮系統(tǒng)的研宄工作提出了十分苛刻的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]實用新型目的:本實用新型提供一種龍門鏜銑床用磁懸浮平臺，其目的是解決以往的固定式龍門的工作平臺和床身導軌之間存在著摩擦以至于影響工作效率的問題。
[0006]技術方案:本實用新型是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0007]一種龍門鏜銑床用磁懸浮平臺，主要包括床身和可以與床身做相對移動的工作平臺，所述床身和工作平臺之間設置有驅(qū)動工作平臺與床身做相對移動的直線推進系統(tǒng)，在所述工作平臺上還設置有使工作平臺在床身上懸浮的電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵，電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵設置在工作平臺上朝向床身底沿一側的四角，電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵與控制系統(tǒng)連接，所述電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵為帶有永磁磁極的纏有通電線圈的磁體。
[0008]所述直線推進系統(tǒng)為永磁直線同步電動機，該永磁直線同步電動機的動子設置在工作平臺上，其定子固定在床身上；在所述工作平臺與床身之間還設置有導向電磁鐵，所述導向電磁鐵設置在工作平臺上朝向床身的一面，導向電磁鐵設置在直線推進系統(tǒng)的動子兩側的位置上，導向電磁鐵上纏繞有通電線圈。
[0009]所述控制系統(tǒng)包括JTAG仿真器、DSP控制器、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、功率放大器和電渦流式位移傳感器；所述JTAG仿真器連接至DSP控制器，DSP控制器連接至D/A轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器連接至功率放大器，功率放大器連接至電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵的通電線圈和導向電磁鐵的通電線圈；所述電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵與床身之間設置有電渦流式位移傳感器，所述導向電磁鐵與床身之間也設置有電渦流式位移傳感器，電渦流式位移傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換器連接至DSP控制器。
[0010]優(yōu)點及效果:本實用新型提供一種龍門鏜銑床用磁懸浮平臺，主要包括床身和可以與床身做相對移動的工作平臺，所述床身和工作平臺之間設置有驅(qū)動工作平臺與床身做相對移動的直線推進系統(tǒng)，其特征在于:在所述工作平臺上還設置有使工作平臺在床身上四點懸浮的電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵，電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵設置在工作平臺四角，朝向床身底沿的一側，電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵與控制系統(tǒng)連接，所述電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵為帶有永磁磁極的纏有通電線圈的磁體；所述永磁磁極設置在靠近床身底沿的位置。
[0011]在機床行業(yè)，優(yōu)良的控制系統(tǒng)可使磁懸浮系統(tǒng)滿足懸浮高度的動、靜態(tài)的高精度及系統(tǒng)高剛度、能夠超低速進給的需要，所以磁懸浮平臺的控制是磁懸浮平臺的核心技術，控制器性能不僅決定了磁懸浮能否實現(xiàn)，而且還直接影響到平臺的定位精度和承載能力等關鍵指標。所以，在整個磁懸浮平臺設計中，控制器的設計及優(yōu)化顯得尤為重要?？刂破鞯脑O計是一項頗具挑戰(zhàn)性的工作，因為磁懸浮系統(tǒng)是一個典型的本質(zhì)非線性和開環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)，所以對磁懸浮系統(tǒng)實施有效的控制是磁懸浮技術應用需要解決的關鍵問題，因此研宄磁懸浮系統(tǒng)的控制算法具有重要意義。工程實踐中，無法得到磁懸浮系統(tǒng)的精確模型，為了建立磁懸浮系統(tǒng)的數(shù)學模型，需要將系統(tǒng)的非線性模型在其平衡點處進行泰勒展開以實現(xiàn)系統(tǒng)模型的線性化處理。由于傳統(tǒng)的控制算法設計是基于平衡點的系統(tǒng)線性化模型對系統(tǒng)進行控制器設計，因此所設計的控制器只能在平衡點附近小范圍內(nèi)產(chǎn)生控制效果，一旦磁懸浮系統(tǒng)受到較大的外部干擾，將導致被懸浮對象較大的偏離平衡點，系統(tǒng)的非線性特性將導致系統(tǒng)失穩(wěn)從而使被懸浮對象懸浮失敗。此外，工件質(zhì)量的變化以及機床加工時，對懸浮系統(tǒng)造成一個強干擾。并且在許多工況下，僅知道噪聲或外界擾動屬于某個集合而并不知道其確切特性。所以對于整個機床來說，磁懸浮控制系統(tǒng)不僅要維持穩(wěn)定運行，還需要適應不同的運行條件，而且要能夠應付各種突發(fā)事故。磁懸浮的控制系統(tǒng)必須對這些不確定因素具有良好的適應能力。綜上所述，磁懸浮控制系統(tǒng)性能是決定整個系統(tǒng)動、靜態(tài)性能的關鍵因素，而合理地設計控制器及控制裝置對于確保系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性具有至關重要的意義。
[0012]本實用新型的優(yōu)點在于，對于大型數(shù)控鏜銑床龍門來說，由于工作平臺質(zhì)量較大，不同于微電子領域的磁懸浮平臺，四點懸浮的結構相對于兩點懸浮使大型工作平臺懸浮更加穩(wěn)定，不會出現(xiàn)失穩(wěn)情況。磁懸浮系統(tǒng)采用電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵，在穩(wěn)定時流過懸浮磁極的電流會較大，使懸浮磁極的功耗也很大。永磁鐵提供的磁力可以保持系統(tǒng)的靜態(tài)平衡，大大的減少了系統(tǒng)的功率損耗，而電磁鐵提供的磁力可以保持系統(tǒng)的動態(tài)平衡。當混合電磁鐵繞組中通入電流時，會加大對金屬導軌產(chǎn)生電磁吸力，磁鐵對導軌施加向下的力，由于力的相互作用原理，導軌對電磁鐵也有向上的力，由于混合電磁鐵都是固定在運動平臺上的，只要控制混合磁鐵繞組中的電流，運動平臺就可以懸浮在空中，處于平衡狀態(tài)。從而顯著降低懸浮電源的容量，大大地減少了系統(tǒng)的功率損耗。磁懸浮控制裝置采用以DSP器件為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，具有非?？斓臄?shù)據(jù)處理能力和良好的擴展能力，保證計算和控制的實時性；從而確保懸浮間隙高度及剛度特性，能經(jīng)受住各種耦合干擾和負載擾動，且具有強魯棒性，最后實現(xiàn)了顯著減小摩擦的目的。在控制系統(tǒng)中采用模糊滑?？刂撇呗裕？刂频南到y(tǒng)在受到參數(shù)攝動和外界干擾時具有不變性，當系統(tǒng)進入滑動模態(tài)后，系統(tǒng)不受參數(shù)變化和外部擾動的影響，具有完全的自適應性和魯棒性。最后利用模糊控制減小滑模控制的抖振，最終實現(xiàn)工作平臺的懸浮高度在任何情況下都保持不變。
[0013]【附圖說明】:
[0014]圖1表不本實用新型的整體結構不意圖；
[0015]圖2表示本實用新型電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵的結構示意圖；
[0016]圖3表示本實用新型的控制系統(tǒng)的結構框圖；
[0017]圖4表示本實用新型DSP控制器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的連接電路；
[0018]圖5表示本實用新型DSP控制器與JTAG仿真器的連接電路圖；
[0019]圖6表示本實用新型的功率放大器內(nèi)的PWM波形發(fā)生電路圖；
[0020]圖7表示本實用新型的功率放大器內(nèi)的光電隔離電路、功率驅(qū)動電路和懸浮系統(tǒng)電路圖；
[0021]圖8表示本實用新型的DSP控制器內(nèi)的主程序控制流程圖。
[0022]【具體實施方式】:下面結合附圖對本實用新型做進一步的說明:
[0023]如圖1所示，本實用新型提供一種龍門鏜銑床用磁懸浮平臺，主要包括床身6和可以與床身做相對移動的工作平臺2，所述床身6和工作平臺2之間設置有推進工作平臺2與床身6做相對移動的直線推進系統(tǒng)4 ;所述工作平臺2朝向床身6 —側設置工作平臺2的導向電磁鐵3。在所述工作平臺2四角上還設置有電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵1，電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵I設置工作平臺2上朝向床身6的一側的四角，電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵I與控制系統(tǒng)連接。圖1中標號5為導軌，7為工作平臺，8為主軸伺服單元，9為刀具。
[0024]所述直線推進系統(tǒng)4為永磁直線同步電動機，該永磁直線同步電動機的的動子設置在工作平臺2上，其定子固定在床身6上；在所述工作平臺2與床身6之間還設置有導向電磁鐵3，所述導向電磁鐵3設置在工作平臺2上朝向床身6兩側的位置上，導向系統(tǒng)4用來控制工作平臺按照預定的移動軌跡前進，通過在朝向床身6兩側的位置限位，使其不偏離前進的軌道移動。導向電磁鐵3設置在直線推進系統(tǒng)4的動子兩側的位置上，導向電磁鐵3上纏繞有通電線圈。
[0025]如圖2所示，所述電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵I為帶有永磁磁極的纏有通電線圈的磁體；所述永磁磁極設置在靠近床身6底沿的位置。
[0026]圖2所示，固定式龍門四點懸浮數(shù)控鏜銑床，采用電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵I結構實現(xiàn)，由于以往的大型數(shù)控鍵銑床