一种永磁悬浮微型机床导轨控制系统的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及机床控制系统的技术领域，特别是微型机床导轨控制系统的技术领域。
【【背景技术】】
[0002]微机电系统在21世纪具有极强的发展空间，被广泛应用到工业和生活中的各个领域，微机电系统的发展方向是由“微电子-机械”向“微机械-电子”进行转变，微机电系统的突出特点是零部件尺度在毫米以下的量级之内，所以加工装配均较为复杂，传统的加工设备难以胜任这种尺度的零件加工和精度要求，需要特制的微型机床进行加工，由于尺度效应的影响，摩擦力已成为精度影响不可忽略的因素，在超精密加工中已被广泛应用的磁悬浮技术作为一种无摩擦的驱动运输模式在微纳加工中也可以得到理想的应用。传统的磁悬浮导轨一般采用电磁铁进行磁力控制，随之而来的问题是电磁发热引起的变形，这在微型化的机床导轨中是不可被接受的，而永磁悬浮导轨一般不具备磁力调控的功能，对外界干扰的抵抗能力较弱，也严重制约着加工精度。
[0003]兼顾低功耗、低产热与可调节、高灵敏度的永磁力可调节机床磁悬浮导轨是一种能够有效解决上述问题的技术方案，永磁力可调节机床悬浮导轨的关键是通过一种具有两个并联磁路的永磁调控器进行根据磁通连续性原理进行磁通量的调节从而改变输出磁力大小，这种技术方案的实现需要可靠的控制系统进行控制调节，综合传感信号进行修正，最终达到高精度的磁悬浮导轨驱动，所以现在亟需一种永磁悬浮微型机床导轨控制系统。
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【发明内容】
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[0004]本发明的目的就是为了提供一种适用于微型机床的永磁悬浮导轨控制系统，能够保证永磁悬浮导轨的驱动精度与稳定性，控制关系简单，易于维护。
[0005]为实现上述目的，本发明提出了一种永磁悬浮微型机床导轨控制系统，包括磁路分配模块和传感检测模块;所述磁路分配模块包括由永磁体、弹簧支架、电机支架和弹簧伸缩铁片组成的第一磁路，和由永磁体、弹簧支架、电机支架和悬浮导轨组成的第二磁路，所述弹簧支架和电机支架平行分布，弹簧支架和电机支架的一端之间设置有所述永磁体，接近另一端处的弹簧支架和电机支架之间设置有所述弹簧伸缩铁片，所述弹簧伸缩铁片的一端与弹簧支架固定连接，另一端被一个安装在电机支架上的步进电机的贯通轴顶住而处于压缩状态;所述传感检测模块包括设置在所述悬浮导轨之间的导轨位移传感器、垂直测距传感器、水平测距传感器和限位开关，还包括设置在步进电机后部的光电编码器，以及一个与所述导轨位移传感器、垂直测距传感器、水平测距传感器、限位开关、步进电机和光电编码器电信号连接的中央控制器。
[0006]作为优选，所述中央控制器与所述步进电机之间还设置有步进电机驱动器，所述步进电机驱动器与所述中央控制器和步进电机均为电信号连接。
[0007]作为优选，所述中央控制器包括单片机控制器和信号放大器，所述信号放大器分别设置在所述单片机控制器与导轨位移传感器、垂直测距传感器和水平测距传感器之间。
[0008]本发明的有益效果:本发明通过磁通连续性原理，设置并联的两个磁路，通过步进电机驱动改变弹簧伸缩铁片的伸缩量便可以改变弹簧伸缩铁片所在的磁路中磁通量的大小，从而改变悬浮导轨所在的磁路中磁通量的大小，从而实现永磁力的调节，这种调节方式中，无需较大驱动力便可以轻松实现磁力改变，所以步进电机的所需力矩很小，极大地缩小了电机尺寸，使得磁悬浮导轨适用于微型机床的使用环境，同时降低了功耗。
[0009]本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【【附图说明】】
[0010]图1是本发明永磁悬浮微型机床导轨控制系统的结构框图。
【【具体实施方式】】
[0011 ]参阅图1，本发明永磁悬浮微型机床导轨控制系统，包括磁路分配模块和传感检测模块;所述磁路分配模块包括由永磁体、弹簧支架、电机支架和弹簧伸缩铁片组成的第一磁路，和由永磁体、弹簧支架、电机支架和悬浮导轨组成的第二磁路，所述弹簧支架和电机支架平行分布，弹簧支架和电机支架的一端之间设置有所述永磁体，接近另一端处的弹簧支架和电机支架之间设置有所述弹簧伸缩铁片，所述弹簧伸缩铁片的一端与弹簧支架固定连接，另一端被一个安装在电机支架上的步进电机的贯通轴顶住而处于压缩状态;所述传感检测模块包括设置在所述悬浮导轨之间的导轨位移传感器、垂直测距传感器、水平测距传感器和限位开关，还包括设置在步进电机后部的光电编码器，以及一个与所述导轨位移传感器、垂直测距传感器、水平测距传感器、限位开关、步进电机和光电编码器电信号连接的中央控制器。
[0012]所述中央控制器与所述步进电机之间还设置有步进电机驱动器，所述步进电机驱动器与所述中央控制器和步进电机均为电信号连接。
[0013]所述中央控制器包括单片机控制器和信号放大器，所述信号放大器分别设置在所述单片机控制器与导轨位移传感器、垂直测距传感器和水平测距传感器之间。
[0014]本发明工作过程:
[0015]本发明永磁悬浮微型机床导轨控制系统在工作过程中，永磁体导出的磁感线经过两个磁回路，分别是:由弹簧支架、永磁体、电机支架和弹簧伸缩铁片组成的第一磁路，和由弹簧支架、永磁体、电机支架和悬浮导轨组成的第二磁路，根据刺痛连续性原理，当并列的两个磁回路中的一个回路磁通量发生改变时，另一个磁回路中的磁通量相应发生改变，二者呈负相关关系。弹簧伸缩铁片是由可伸缩弹簧上等距焊接纯铁片构成的，在受到拉伸或压缩后，纯铁片之间的气隙距离会发生变化，气隙改变会造成弹簧伸缩铁片的整体磁阻发生变化，从而改变第一磁路中磁通量的大小。驱动弹簧伸缩铁片进行伸缩使用的是步进电机驱动器控制的步进电机，由于改变弹簧伸缩量所需的力矩较小，所以步进电机的尺寸可以选用小尺寸，降低了功耗。在第二磁路中，悬浮导轨作为导磁原件既是悬浮执行件，又是第二磁路的组成部分，与悬浮导轨相对应的静止部分是弹簧支架和电机支架，所述弹簧支架和电机支架即作为支撑弹簧或步进电机的支撑结构部件，其本身采用导磁材料，因而又是磁回路的组成部分，悬浮导轨的悬浮高度受到第二磁路中磁通量大小的影响;作为执行件，悬浮导轨受到导轨位移传感器、垂直测距传感器、水平测距传感器的位置检测，导轨位移传感器、垂直测距传感器、水平测距传感器可以是激光传感器或声波传感器，当悬浮导轨在某一个方向产生超值偏离时，传感器将会检测到突变并发送信号到中央控制器，中央控制器通过控制步进电机驱动器向悬浮导轨发送修正指令;限位开关可以有效保护悬浮导轨不会产生超程运动，光电编码器可以检测步进电机的转动量，从而判断弹簧伸缩铁片的伸缩量。
[0016]本发明，通过磁通连续性原理，设置并联的两个磁路，通过步进电机驱动改变弹簧伸缩铁片的伸缩量便可以改变弹簧伸缩铁片所在的磁路中磁通量的大小，从而改变悬浮导轨所在的磁路中磁通量的大小，从而实现永磁力的调节，这种调节方式中，无需较大驱动力便可以轻松实现磁力改变，所以步进电机的所需力矩很小，极大地缩小了电机尺寸，使得磁悬浮导轨适用于微型机床的使用环境，同时降低了功耗。
[0017]上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种永磁悬浮微型机床导轨控制系统，其特征在于:包括磁路分配模块和传感检测模块;所述磁路分配模块包括由永磁体、弹簧支架、电机支架和弹簧伸缩铁片组成的第一磁路，和由永磁体、弹簧支架、电机支架和悬浮导轨组成的第二磁路，所述弹簧支架和电机支架平行分布，弹簧支架和电机支架的一端之间设置有所述永磁体，接近另一端处的弹簧支架和电机支架之间设置有所述弹簧伸缩铁片，所述弹簧伸缩铁片的一端与弹簧支架固定连接，另一端被一个安装在电机支架上的步进电机的贯通轴顶住而处于压缩状态;所述传感检测模块包括设置在所述悬浮导轨之间的导轨位移传感器、垂直测距传感器、水平测距传感器和限位开关，还包括设置在步进电机后部的光电编码器，以及一个与所述导轨位移传感器、垂直测距传感器、水平测距传感器、限位开关、步进电机和光电编码器电信号连接的中央控制器。2.如权利要求1所述的永磁悬浮微型机床导轨控制系统，其特征在于:所述中央控制器与所述步进电机之间还设置有步进电机驱动器，所述步进电机驱动器与所述中央控制器和步进电机均为电信号连接。3.如权利要求1所述的永磁悬浮微型机床导轨控制系统，其特征在于:所述中央控制器包括单片机控制器和信号放大器，所述信号放大器分别设置在所述单片机控制器与导轨位移传感器、垂直测距传感器和水平测距传感器之间。
【专利摘要】本发明公开了一种永磁悬浮微型机床导轨控制系统，包括磁路分配模块和传感检测模块；所述磁路分配模块包括由永磁体、弹簧支架、电机支架和弹簧伸缩铁片组成的第一磁路，和由永磁体、弹簧支架、电机支架和悬浮导轨组成的第二磁路；所述传感检测模块包括设置在所述悬浮导轨之间的导轨位移传感器、垂直测距传感器、水平测距传感器和限位开关，还包括设置在步进电机后部的光电编码器，以及一个与所述导轨位移传感器、垂直测距传感器、水平测距传感器、限位开关、步进电机和光电编码器电信号连接的中央控制器。本发明能够保证永磁悬浮导轨的驱动精度与稳定性，控制关系简单，易于维护。
【IPC分类】B23Q1/01, B23Q1/70, B23Q15/00, B23Q1/64
【公开号】CN105563140
【申请号】CN201610044201
【发明人】缪雪峰
【申请人】缪雪峰
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年1月22日