专利名称：直线电机驱动的气悬浮运动平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直线电机驱动的气悬浮运动平台是安装在生瓷带打孔机上，实现X、Y两个方向的快速、高精度定位，同时也可以应用在精密、高速加工的场合。
背景技术：
精密和高速加工对运动定位及其控制提出了更高的要求，更高的动态特性和控制精度，更高的速度和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。而传统的运动平台多采用旋转 电机加滚珠丝杠进行驱动，旋转电机输出的转矩经过减速器、联轴器、滚珠丝杠等多个中间 环节驱动平台运动，这种结构存在系统惯量大，结构刚度低，滚珠丝杠的弹性变形大，同时 传动链中的摩擦、间隙、回差等多个误差源使控制器的性能受到很大程度的抑制，容易产生 机械谐振，使系统的动态响应变慢。
发明内容
本发明提供了一种直线电机驱动的气悬浮运动平台，解决了现有运动平台存在的 系统惯量大，结构刚度低，滚珠丝杠的弹性变形大，系统的动态响应慢的技术问题。本发明是通过以下方案解决以上问题的直线电机驱动的气悬浮运动平台，包括纵截面为山字形的花岗岩基座，在山字形 的花岗岩基座的三个顶面上分别固定设置有Y轴运动平台的左承重台、Y轴运动平台的中 承重台和Y轴运动平台的右承重台，在左、中、右三个承重台上方设置有Y轴运动平台，在所 述的Y轴运动平台的下表面的左、中、右位置均分别固定设置有Y轴承重气垫，Y轴承重气 垫的表面设置有压缩气喷出口，Y轴承重气垫中的压缩气体从这些压缩气喷出口中喷出将 Y轴运动平台悬浮在左、中、右三个承重台上方，在Y轴运动平台的下表面的四个角的位置 分别固定设置有Y轴导向气垫固定块，在Y轴导向气垫固定块的侧面固定设置有Y轴导向 气垫，Y轴运动平台的下表面的左侧的两个Y轴导向气垫与左承重台的右内侧面悬浮导向 配合，Y轴运动平台的下表面的右侧的两个Y轴导向气垫与右承重台的左内侧面悬浮导向 配合，在中承重台的左侧面固定设置有第一 Y轴直线电机，第一 Y轴直线电机的动子上面固 定设置有第一 Y轴连接块，第一 Y轴连接块与Y轴运动平台的下表面固定连接在一起，在第 一 Y轴直线电机的动子上还设置有第一 Y轴光栅读数头，在第一 Y轴光栅读数头下方的花 岗岩基座上设置有第一 Y轴光栅读数头的光栅尺，第一 Y轴光栅读数头与第一 Y轴直线电 机电连接在一起，在中承重台的右侧面固定设置有第二 Y轴直线电机，第二 Y轴直线电机的 动子上面固定设置有第二 Y轴连接块，第二 Y轴连接块与Y轴运动平台的下表面固定连接 在一起，在第二 Y轴直线电机的动子上还设置有第二 Y轴光栅读数头，在第二 Y轴光栅读数 头下方的花岗岩基座上设置有第二 Y轴光栅读数头的光栅尺，第二 Y轴光栅读数头与第二 Y轴直线电机电连接在一起。在所述的Y轴运动平台上平行固定设置有X轴运动平台的前承重台和X轴运动平 台的后承重台，X轴运动平台的前承重台的内侧面与X轴运动平台的后承重台的内侧面均为内斜面并组成燕尾形，在X轴运动平台的前承重台和X轴运动平台的后承重台上方设置 有X轴运动平台，在X轴运动平台的下表面分别固定设置有X轴承重气垫，X轴承重气垫的 喷嘴喷出的压缩气体使X轴运动平台悬浮在X轴运动平台的前承重台和X轴运动平台的后 承重台上方，在X轴运动平台的下表面的中部固定设置有燕尾形的X轴导向气垫固定块，在 X轴导向气垫固定块的燕尾外侧面上分别固定设置有X轴导向气垫，两个X轴导向气垫的喷 嘴喷出的压缩气体分别与X轴运动平台的前承重台的内斜面和X轴运动平台的后承重台的 内斜面悬浮导向配合，在X轴运动平台的前承重台的外侧面上固定设置有第一 X轴直线电 机，第一 X轴直线电机的动子的上面固定设置有第一 X轴直线电机的动子连接块，第一 X轴 直线电机的动子连接块与X轴运动平台的下表面固定连接，在第一 X轴直线电机的动子的 侧面固定设置有第一 X轴光栅读数头，在第一 X轴光栅读数头的下方的Y轴运动平台上面 固定设置有第一 X轴光栅尺，第一 X轴光栅读数头与第一 X轴直线电机电连接在一起，在X 轴运动平台的后承重台的外侧面上固定设置有第二 X轴直线电机，第二 X轴直线电机的动 子的上面固定设置有第二 X轴直线电机的动子连接块，第二 X轴直线电机的动子连接块与X 轴运动平台的下表面固定连接，在第二 X轴直线电机的动子的侧面固定设置有第二 X轴光 栅读数头，在第二X轴光栅读数头的下方的Y轴运动平台上面固定设置有第二X轴光栅尺， 第二 X轴光栅读数头与第二 X轴直线电机电连接在一起。本发明采用直线电机驱动，气悬浮平台结构，结构简单，维护方便，性价比高。
图1是本发明的结构示意2是本发明的Y轴运动平台的结构示意3是本发明的X轴运动平台的结构示意图
具体实施例方式直线电机驱动的气悬浮运动平台，包括纵截面为山字形的花岗岩基座1，在山字形的花岗岩基座1的三个顶面上分别固定设置有Y轴运动平台的左承重台2、γ轴运动平台的 中承重台3和Y轴运动平台的右承重台4，在左、中、右三个承重台上方设置有Y轴运动平台 5，在所述的Y轴运动平台5的下表面的左、中、右位置均分别固定设置有Y轴承重气垫8，Υ 轴承重气垫8的表面设置有压缩气喷出口，Y轴承重气垫8中的压缩气体从这些压缩气喷 出口中喷出将Y轴运动平台5悬浮在左、中、右三个承重台上方，在Y轴运动平台5的下表 面的四个角的位置分别固定设置有Y轴导向气垫固定块6，在Y轴导向气垫固定块6的侧 面固定设置有Y轴导向气垫7，Y轴运动平台5的下表面的左侧的两个Y轴导向气垫7与左 承重台2的右内侧面悬浮导向配合，Y轴运动平台5的下表面的右侧的两个Y轴导向气垫7 与右承重台4的左内侧面悬浮导向配合，在中承重台3的左侧面固定设置有第一 Y轴直线 电机9，第一 Y轴直线电机9的动子11上面固定设置有第一 Y轴连接块13，第一 Y轴连接 块13与Y轴运动平台5的下表面固定连接在一起，在第一 Y轴直线电机9的动子11上还 设置有第一 Y轴光栅读数头15，在第一 Y轴光栅读数头15下方的花岗岩基座1上设置有第 一 Y轴光栅读数头15的光栅尺，第一 Y轴光栅读数头15与第一 Y轴直线电机9电连接在 一起，在中承重台3的右侧面固定设置有第二 Y轴直线电机10，第二 Y轴直线电机10的动子12上面固定设置有第二 Y轴连接块14，第二 Y轴连接块14与Y轴运动平台5的下表面固定连接在一起，在第二 Y轴直线电机10的动子12上还设置有第二 Y轴光栅读数头16，在 第二 Y轴光栅读数头16下方的花岗岩基座1上设置有第二 Y轴光栅读数头16的光栅尺， 第二 Y轴光栅读数头16与第二 Y轴直线电机10电连接在一起。在所述的Y轴运动平台5上平行固定设置有X轴运动平台的前承重台17和X轴 运动平台的后承重台18，X轴运动平台的前承重台17的内侧面与X轴运动平台的后承重台 18的内侧面均为内斜面并组成燕尾形，在X轴运动平台的前承重台17和X轴运动平台的后 承重台18上方设置有X轴运动平台19，在X轴运动平台19的下表面分别固定设置有X轴 承重气垫22，X轴承重气垫22的喷嘴喷出的压缩气体使X轴运动平台19悬浮在X轴运动 平台的前承重台17和X轴运动平台的后承重台18上方，在X轴运动平台19的下表面的中 部固定设置有燕尾形的X轴导向气垫固定块20，在X轴导向气垫固定块20的燕尾外侧面上 分别固定设置有X轴导向气垫21，两个X轴导向气垫21的喷嘴喷出的压缩气体分别与X轴 运动平台的前承重台17的内斜面和X轴运动平台的后承重台18的内斜面悬浮导向配合， 在X轴运动平台的前承重台17的外侧面上固定设置有第一 X轴直线电机23，第一 X轴直线 电机23的动子25的上面固定设置有第一 X轴直线电机的动子连接块27，第一 X轴直线电 机的动子连接块27与X轴运动平台19的下表面固定连接，在第一 X轴直线电机23的动子 25的侧面固定设置有第一 X轴光栅读数头29，在第一 X轴光栅读数头的下方的Y轴运动平 台5上面固定设置有第一 X轴光栅尺，第一 X轴光栅读数头29与第一 X轴直线电机23电 连接在一起，在X轴运动平台的后承重台18的外侧面上固定设置有第二 X轴直线电机24， 第二 X轴直线电机24的动子26的上面固定设置有第二 X轴直线电机的动子连接块28，第 二 X轴直线电机的动子连接块28与X轴运动平台19的下表面固定连接，在第二 X轴直线 电机24的动子26的侧面固定设置有第二 X轴光栅读数头30，在第二 X轴光栅读数头的下 方的Y轴运动平台5上面固定设置有第二 X轴光栅尺，第二 X轴光栅读数头30与第二 X轴 直线电机24电连接在一起。采用直线电机作为驱动系统及气悬浮导轨支撑的方式主要优点如下(1)结构简单。由于直线电机不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，重量和 体积大大地下降，显著减少系统的运动惯量；(2)定位精度高。直线电机可以实现直接传动，因而可以消除中间环节所带来的各 种定位误差，故定位精度高，采用高精度光栅尺反馈、微机控制，大大地提高了整个系统的 定位精度；(3)反应速度快、灵敏度高，随动性好。采用气悬浮支撑，因而使得运动部件和导轨 始终保持一定的空气间隙而不接触，这就消除了定、动部分的接触摩擦阻力，因而大大地提 高了系统的灵敏度、快速性和随动性；(4)工作安全可靠、寿命长。直线电机-气悬浮结构可以实现无接触传递力，机械 摩擦损耗几乎为零，所以故障少，免维修，因而工作安全可靠、寿命长。
权利要求
一种直线电机驱动的气悬浮运动平台，包括纵截面为山字形的花岗岩基座(1)，在山字形的花岗岩基座(1)的三个顶面上分别固定设置有Y轴运动平台的左承重台(2)、Y轴运动平台的中承重台(3)和Y轴运动平台的右承重台(4)，在左、中、右三个承重台上方设置有Y轴运动平台(5)，其特征在于，在所述的Y轴运动平台(5)的下表面的左、中、右位置均分别固定设置有Y轴承重气垫(8)，Y轴承重气垫(8)的表面设置有压缩气喷出口，Y轴承重气垫(8)中的压缩气体从这些压缩气喷出口中喷出将Y轴运动平台(5)悬浮在左、中、右三个承重台上方，在Y轴运动平台(5)的下表面的四个角的位置分别固定设置有Y轴导向气垫固定块(6)，在Y轴导向气垫固定块(6)的侧面固定设置有Y轴导向气垫(7)，Y轴运动平台(5)的下表面的左侧的两个Y轴导向气垫(7)与左承重台(2)的右内侧面悬浮导向配合，Y轴运动平台(5)的下表面的右侧的两个Y轴导向气垫(7)与右承重台(4)的左内侧面悬浮导向配合，在中承重台(3)的左侧面固定设置有第一Y轴直线电机(9)，第一Y轴直线电机(9)的动子(11)上面固定设置有第一Y轴连接块(13)，第一Y轴连接块(13)与Y轴运动平台(5)的下表面固定连接在一起，在第一Y轴直线电机(9)的动子(11)上还设置有第一Y轴光栅读数头(15)，在第一Y轴光栅读数头(15)下方的花岗岩基座(1)上设置有第一Y轴光栅读数头(15)的光栅尺，第一Y轴光栅读数头(15)与第一Y轴直线电机(9)电连接在一起，在中承重台(3)的右侧面固定设置有第二Y轴直线电机(10)，第二Y轴直线电机(10)的动子(12)上面固定设置有第二Y轴连接块(14)，第二Y轴连接块(14)与Y轴运动平台(5)的下表面固定连接在一起，在第二Y轴直线电机(10)的动子(12)上还设置有第二Y轴光栅读数头(16)，在第二Y轴光栅读数头(16)下方的花岗岩基座(1)上设置有第二Y轴光栅读数头(16)的光栅尺，第二Y轴光栅读数头(16)与第二Y轴直线电机(10)电连接在一起。
2.根据权利要求1所述的直线电机驱动的气悬浮运动平台，其特征在于，在所述的Y轴 运动平台(5)上平行固定设置有X轴运动平台的前承重台(17)和X轴运动平台的后承重 台(18)，X轴运动平台的前承重台(17)的内侧面与X轴运动平台的后承重台(18)的内侧 面均为内斜面并组成燕尾形，在X轴运动平台的前承重台(17)和X轴运动平台的后承重台 (18)上方设置有X轴运动平台(19)，在X轴运动平台(19)的下表面分别固定设置有X轴承 重气垫(22)，X轴承重气垫(22)的喷嘴喷出的压缩气体使X轴运动平台(19)悬浮在X轴 运动平台的前承重台(17)和X轴运动平台的后承重台(18)上方，在X轴运动平台(19)的 下表面的中部固定设置有燕尾形的X轴导向气垫固定块(20)，在X轴导向气垫固定块(20) 的燕尾外侧面上分别固定设置有X轴导向气垫(21)，两个X轴导向气垫(21)的喷嘴喷出的 压缩气体分别与X轴运动平台的前承重台(17)的内斜面和X轴运动平台的后承重台(18) 的内斜面悬浮导向配合，在X轴运动平台的前承重台(17)的外侧面上固定设置有第一 X轴 直线电机(23)，第一 X轴直线电机(23)的动子(25)的上面固定设置有第一 X轴直线电机 的动子连接块(27)，第一 X轴直线电机的动子连接块(27)与X轴运动平台(19)的下表面 固定连接，在第一 X轴直线电机(23)的动子(25)的侧面固定设置有第一 X轴光栅读数头 (29)，在第一 X轴光栅读数头的下方的Y轴运动平台(5)上面固定设置有第一 X轴光栅尺， 第一 X轴光栅读数头(29)与第一 X轴直线电机(23)电连接在一起，在X轴运动平台的后 承重台(18)的外侧面上固定设置有第二 X轴直线电机(24)，第二 X轴直线电机(24)的动 子(26)的上面固定设置有第二 X轴直线电机的动子连接块(28)，第二 X轴直线电机的动子连接块(28)与X轴运动平台(19)的下表面固定连接，在第二 X轴直线电机(24)的动子(26)的侧面固定设置有第二 X轴光栅读数头(30)，在第二 X轴光栅读数头的下方的Y轴运 动平台(5)上面固定设置有第二 X轴光栅尺，第二 X轴光栅读数头(30)与第二 X轴直线电 机(24)电连接在一起。
全文摘要
本发明公开了一种直线电机驱动的气悬浮运动平台，解决了现有运动平台存在的结构刚度低，动态响应慢的问题。包括纵截面为山字形的花岗岩基座(1)，在左、中、右三个承重台上方设置有Y轴运动平台(5)，在Y轴运动平台(5)的下表面的左、中、右位置均分别固定设置的Y轴承重气垫(8)，在中承重台(3)的左侧面固定设置有第一Y轴直线电机(9)，在第一Y轴直线电机(9)的动子与Y轴运动平台(5)固定连接，并设置有第一Y轴光栅读数头(15)，在中承重台(3)的右侧面固定设置有第二Y轴直线电机(10)，第二Y轴直线电机(10)的动子与Y轴运动平台(5)固定连接，本发明采用直线电机驱动，气悬浮平台结构，结构简单，性价比高。
文档编号B23Q1/25GK101804568SQ20101012750
公开日2010年8月18日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者吕琴红, 张志耀, 张燕, 杨卫, 焦子健, 狄希远, 王彩萍, 王晓雷, 田芳, 白璐, 董永谦, 赵喜清 申请人:中国电子科技集团公司第二研究所