一种基于直线驱动的轴运动机构的制作方法

1.本实用新型涉及激光切割技术领域，尤其涉及一种基于直线驱动的轴运动机构。


背景技术：

2.激光切割过程的定位精度是影响激光切割质量的重要因素。在进行定位时，通常会采用轴驱动控制，当采用开环控制时，开环设置结构简单、使用方便，但无法有效的反馈定位状态，造成控制定位精度低。目前还有采用半闭环控制的机床轴伺服系统，并采用旋转编码器和伺服电机组合。相比开环控制，其位置控制精度得以提高。但是，由于减速机与齿轮齿条啮合的间隙是存在的，因此位置精度还是存在偏差，导致定位精度不高。而且激光加工机床的精度和效率要求在不断提高的情况下，传统的减速机与齿轮齿条啮合传动方式，对机床性能的提升造成了束缚。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种基于直线驱动的轴运动机构，机构采用了直线电机驱动与栅尺反馈位置实现闭环控制，消除驱动和传动环节的误差，实现了位置的全闭环控制，保证了激光切割过程的定位精度。
4.具体包括：控制器，横梁以及与横梁滑动连接的滑板；
5.横梁上设有多个定子块，定子块沿着滑板横向移动的方向均匀排列；
6.滑板上安装有与定子块相适配的动子，动子与定子块形成直线电机；
7.横梁上沿着横向方向设有栅尺；
8.滑板上安装有与栅尺相适配，并用于感应栅尺刻线信息的读数头；
9.控制器通过控制动子和定子块，驱动滑板在横梁上移动，并且控制器通过与读数头连接，获取刻线信息，使直线电机的位移量与刻线信息的差值为零。
10.进一步需要说明的是，横梁上沿着长度方向平行安装有两排导轨；
11.滑板上设有与导轨位置相适配的滑块；
12.滑块与导轨相配合，使滑块在横梁上滑动。
13.栅尺安装在两排导轨的外侧。
14.定子块设置在两排导轨之间。
15.进一步需要说明的是，定子块为恒磁体；
16.动子为电励磁体。
17.进一步需要说明的是，栅尺采用磁栅尺，或光栅尺。
18.进一步需要说明的是，栅尺不与定子块和动子设置在同一平面上。
19.进一步需要说明的是，横梁的两端分别设有防撞装置和限位开关；
20.横梁两端的底部连接有底座。
21.从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：
22.本实用新型提供的基于直线驱动的轴运动机构中，控制器通过控制动子和定子
块，驱动滑板在横梁上移动，并且控制器通过与读数头连接，获取刻线信息，使直线电机的位移量与刻线信息的差值为零。实现了直线电机驱动与栅尺反馈位置的闭环控制，消除驱动和传动环节的误差，实现了位置的全闭环控制，保证了激光切割过程的定位精度。
23.栅尺采用磁栅尺，或光栅尺，提高反馈精度，从而提高机床的切割精度和效率。
24.本实用新型中，栅尺不与定子块和动子设置在同一平面上。也就是直线电机与磁栅尺安装在不同平面，形成高度差，避免磁力线干扰。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为基于直线驱动的轴运动机构主视图；
27.图2为基于直线驱动的轴运动机构实施例示意图；
28.图3为基于直线驱动的轴运动机构局部结构示意图。
29.附图标记说明：
30.1-横梁，2-滑板，3-导轨，4-定子，5-动子，6-栅尺，7-读数头，8-预拉紧结构，9-防撞装置，10-底座。
具体实施方式
31.为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
32.本实用新型提供的基于直线驱动的轴运动机构适用于激光切割领域，基于闭环控制，消除驱动和传动环节的误差，实现了位置的全闭环控制，保证了激光切割过程的定位精度。
33.对于本实用新型中，在称某一元件或层在另一元件或层“上”，被“连接”或“耦合”至另一元件或层时，其可能直接在另一元件或层上，被直接连接或耦合至所述另一元件或层，也可能存在中间元件或层。相反，在称某一元件被“直接在”另一元件或层“上”，“直接连接”或“直接耦合”至另一元件或层时，则不存在中间元件或层。所有附图中类似的数字指示类似元件。如这里所用的，术语“和/或”包括相关所列项的一个或多个的任何和所有组合。
34.本实用新型可能会使用便于描述的空间相对性术语，例如“在
…
下”、“下方”、“下部”、“以上”、“上方”等来描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应当理解，空间相对性术语意在包括图中所示取向之外的使用或工作中的器件不同取向。例如，如果将图中的器件翻转过来，被描述为在其他元件或特征“下”或“下方”的元件将会朝向其他元件或特征的“上方”。于是，示范性术语“下方”可以包括上方和下方两种取向。可以使器件采取其他取向(旋转90度或其他取向)，这里所用的空间相对术语作相应解释。
35.如图1至3所示，具体来讲，本实用新型涉及的基于直线驱动的轴运动机构包括：控
制器，横梁1以及与横梁1滑动连接的滑板2；
36.其中，横梁1上沿着长度方向平行安装有两排导轨3；滑板2上设有与导轨3位置相适配的滑块；滑块与导轨3相配合，使滑块在横梁1上滑动。
37.示例性的讲，导轨3上设有梯形凹槽，滑块卡持到梯形凹槽内，并在梯形凹槽内滑动。还可以采用滑块卡接到导轨上，并在导轨3上滑动。当然具体滑动连接的方式这里不做限定，可以基于实际情况进行设置。
38.横梁1上设有多个定子块4，定子块4沿着滑板2横向移动的方向均匀排列；滑板2上安装有与定子块4相适配的动子5，动子与定子块4形成直线电机；
39.也就是说，多个定子块4连成排形成了定子，定子块4设置在两排导轨3 之间，定子与动子形成直线电机。也就是说，直线电机基于定子块4和动子5 配合使用，定子块4是永磁体，安装在横梁上，动子5安装在滑板上，属于电励磁物体，根据动子5线圈相序的变化，产生推力，驱动滑板移动。
40.为了保证在行程范围内定子和动子之间具有良好的电磁场耦合，定子和动子的铁芯长度不等。定子可制成长定子形式。直线电机与旋转电机一样，定子铁芯也是由硅钢片叠成，表面开有齿槽；槽中嵌有绕组。实现了基于直线电机作为轴驱动的动力，使滑板2在与横梁1上滑动。直线电机适合高速直线运动因为不存在离心力的约束，达到较高的速度，高速运行平稳，无横向边缘效应，实现高加速度。
41.进一步的，本设计直线电机与磁栅尺,借助结构设计空间和导向结构实现隔磁,密封,避免粉尘对反馈元件的影响。
42.示例性的讲，定子块4为恒磁体；动子为电励磁体。
43.横梁1上沿着横向方向设有栅尺6；栅尺6采用磁栅尺，或光栅尺。栅尺 6安装在两排导轨3的外侧。滑板2上安装有与栅尺6相适配，并用于感应栅尺6刻线信息的读数头7；
44.控制器通过控制动子和定子块，驱动滑板2在横梁1上移动，并且控制器通过与读数头7连接，获取刻线信息，使直线电机的位移量与刻线信息的差值为零。
45.这里，栅尺和读数头配合用于反馈直线电机的位移,实现闭环控制，测出轴移动的实际位移量后，反馈到单片机的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行控制。若两者存在差值，进行调整，直至差值为零。栅尺6 采用磁栅尺，或光栅尺，进一步提高反馈精度，从而提高机床的切割精度和效率。
46.控制器可以采用tm4c123gh6pz17r控制器，或stc12c4052ad单片机，或arm微处理器。
47.本实用新型中，栅尺6不与定子块4和动子设置在同一平面上。也就是直线电机与磁栅尺安装在不同平面，形成高度差，避免磁力线干扰。
48.示例性的讲，磁栅尺或光栅尺安装在横梁上，栅尺与直线电机分别位于导轨的两侧，实现高度差安装，读数头7安装在滑板上，读数头感应磁栅尺的刻线并反馈滑板的位置，实现位置精度控制。
49.进一步的讲，横梁1上设有安置槽；磁栅尺安装在安置槽内，减少温度变化对磁栅尺反馈精度的影响。
50.从本实用新型提供的基于直线驱动的轴运动机构的结构来讲，导轨3布置于直线电机定子的两侧且与直线电机不安装在同一平面，实现箱式布局，可以理解的是，箱式布局
静态和动态强度高，机构运行过程稳定，高动态响应性好。
51.磁栅尺安装面可以安装光栅尺，提高反馈精度，见视图3所示，提高机床动态响应性，光栅尺一端安装有预拉紧结构8，可以理解的是，预拉紧结构就是弹簧机械结构，用于提供恒定的力，平衡环境热变形产生的热胀冷缩影响，该结构可以采用本领域常用的方式，具体结构形式不做限定，其目的是避免热变形影响光栅尺精度。
52.本实用新型中，如果采用光栅尺的非接触型敞开式设计，可使读数头和栅尺在移动和读数时都是无任何接触的；所以读数头和栅尺之间没有任何摩擦力，光线从led灯源发出，到达栅尺后反射回来，穿过读数头上的玻璃光栅最终到达光信号接收装置。
53.本实用新型中，为了保护滑板2滑动的安全性，横梁1的两端分别设有防撞装置9和限位开关；横梁1两端的底部连接有底座10。
54.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。