最新气浮直线电机运动模块设计及实现Word文档格式.docx

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DrivenbyLinearMotor

Abstract

Withthedevelopmentofadvancedmanufacturingtechnology,morerigorousrequiresarerequiredbymanymanufacturingprocess,andtrenchantenvironmentsshouldbesatisfiedbymanufacturingequipments・Amongthehigh-performancemanufacturingandinspectionequipment,whatdeterminetheequipmentperformancearekindsoflocomotionplatforms.Soithasbeenthebasicworkandthetopprioritytodesignanddoresearchonnewgenerationhigh-performancedynamicsystemsfordevelopinghighenergyequipment.

Thispaperdesignsasystemofairfioatationlinearmotor,thelocomotionplatformcombinesthelinearmotorandstaticairpressureleadrailtechnology,adoptsthemostidealopennumericalcontrolsystemandhighprecisioncomponentswhichtofinishtheexerciseofprecisecontrol.Thesystemcanachievethelevelofmicron,thestrokeofthesystemisfrom250to1000mmandtheaccelerationfrom2tolOg.Thisarticledesignsfurtheracircuitinhardwareonthebaseofthebasicsystem,thesystemisconnectedtoaentirety,realizesthetransferofelectricsignals.Italsodesignsastaticairpressureleadrailtoconnectthedynamicmoduletothemotorrotor,andachievesthestaticpressureairfioatationstrutbetweentheslideandleadrail,theaccuracyoftheplatformpositioninghasbeengreatlyimproved,andtherequiresofhigh-precisionandhighaccelerationareachieved・

Keywords:

Airfioatation;

linearmotor;

locomotionplatform

1.绪论1

1」课题背景1

1.2课题的目的意义2

1.3课题的主要内容2

2.系统总体设计4

2」系统总体技术指标4

2.2系统总体技术方案4

2.2.1执行器类型选择4

222控制系统类型选择6

223位移传感器类型选择8

2.2.4精密气浮平台技术简介8

2.2.5系统总体技术方案9

3.系统硬件选型10

3」直线电机选型10

3.1.1直线电机选型及性能指标10

3.1.2直线电机的参数校核11

3.2光栅尺选型12

3.2.1光栅尺工作原理12

3.2.2光栅的选型及相关技术参数13

3.3运动控制卡选型14

3.3.1运动控制卡简介14

3.3.2运动控制卡的选型及相关技术参数14

3.4伺服驱动器的选型16

3.4.1驱动器的原理及作用16

3.4.2驱动器的选型及相关技术参数16

4.系统之间电气连接图设计19

4」PMAC与主机的连接19

4.2PMAC与驱动器之间的连接19

4.2.1PMAC与驱动器连接的作用19

422接口的功能及说明20

4.2.3PMAC与驱动器之间的电气连接图23

4.3计算机与驱动器电气连接图24

4.3.1计算机与驱动器连接的作用24

4.3.2接口的功能和说明25

4.3.3计算机通过RS232设置驱动器的电气连接图26

4.4驱动器与反馈元件之间的连接26

4.4.1驱动器与反馈元件连接的作用26

4.4.2接口的功能和说明26

4.4.3驱动器与反馈元件之间的连接图28

4.5驱动器连接电机29

4.5.1驱动器连接电机的作用29

4.5.2接口的功能和说明29

4.5.3驱动器连接电机的电气连接图30

4.6驱动器电源30

5.气浮运动模块的结构设计32

5」运动模块整体说明32

5.2静压气浮导轨副的设计33

5.2.1导轨的作用和设计要求33

5.2.2静压气浮导轨工作原理33

5.2.3气浮导轨的常见形式35

5.2.4导轨的设计36

525滑块的设计37

5.3气体通路的设计39

5.4编码器的安装设计40

5.5模块校验41

6结论42

致谢43

参考文献44

外文翻译及原文45

1•绪论

1.1课题背景

信息时代的高新技术流向传统产业，引起后者的深刻变革。

作为传统产业之一的机械工业，在这场新技术革命冲击下，产品结构和生产系统结构都发生了质的跃变，微电子技术、微计算机技术使信息和智能与机械装置和动力设备相结合，促使机械工业开始了一场大规模的机电一体化技术革命。

随着计算机电子电力和传感器技术的发展，各先进国家机电一体化产品层出不穷。

机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。

机电一体化已越来越受到各方面的关注，它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。

因此学科交义、复合加工技术的特点日益突出，精密加工不仅作为一门独立的学科发展，而且会以更多的交义学科形式出现，甚至形成新的学科。

在国民经济发展和人民生活水平提高的需求下。

如汽车制造、计算机、通信网络、光盘、家用电器等均紧密依赖于先进的制造技术，提高国家的经济实力。

尖端技术和产品的需求下，开拓新的加工机理，进入到微米级甚至纳米级加工精度是必然的选择。

特别在半导体制造行业，对设备的加速度、速度和精度的要求越来越突出。

U前，运动控制技术作为机电一体化技术关键组成部分，也得到前所未有的大发展，各厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。

精密运动控制平台的发展是时代进步的必然结果，它在现代机械加工行业扮演着不可或缺的角色。

本文正是对新型运动控制平台一气浮直线电机运动控制平台的设计。

1.2课题的目的意义

本文通过比较国内外先进平台系统的发展现状，设计研制高性能的静压气浮导轨，创建高性能的运动平台控制系统，实现平台的精密控制。

课题的研究一方面可以提高国内的先进生产技术，另一方面可以促进各界对高性能运动平台的硏发。

在先进电子制造装备（如光刻机、球焊机、贴片机等）中，高性能运动平台是其工作的主要执行机构。

山于电子制造中产品的特征尺度越来越小、精度要求越来越高。

因此，研发满足高精度、高稳定性、高速度要求的运动平台对于先进电子制造装备的开发具有决定性的意义。

此外，在微型机电系统的制造和检测、超精密机械加工及其精密测量等领域都离不开精密定位技术。

山于气体轴承的精度比滚动轴承高两个数量级，具有精密度高、摩擦低、可以在极限工作环境下工作的优点，因此在精密运动平台的设讣中采用气浮工作台方案成为一种较理想的选择。

本文通过直线电机驱动气浮精密运动平台，并采用开放式数控系统完成平台运动控制。

系统相对运动的部件间采用气浮导轨支撑，无摩擦，精度达到微米量级，满足了高精度、高加速度、高运动特性、高洁净环境的要求。

可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域。

1.3课题的主要内容

气浮直线电机运动模块设计及实现，该课题利用PC机作为主体，多轴智能控制卡插在其PCI标准插槽中，外接电机驱动与电机等设备构成硬件主体结构。

控制指令从PC发出，运动控制卡接着发出相应的脉冲控制伺服驱动器,而驱动器控制伺服电机的动作，编码器与气浮运动模块连接到一起的，反馈运动平台的位置情况，反馈信号到达运动控制卡后，控制卡通过高速讣数器检测自身发出的脉冲数，以实现控制系统的闭环控制。

本次课程设讣的主要任务包括：

1•运动平台系统的总体方案设计及系统硬件的选型，包含直线电机、驱动器、编码器和可编程控制器。

2.依据产品手册设计•适合于本文的电气连接图，包含控制器与驱动器之间、驱动器与电机之间、电机与编码器之间和控制器与编码器之间的连接。

3.气浮直线运动平台设计，利用SOLIDWORKS,AUTOCAD等相关绘图软件，绘制模块的三维立体图和工程图。

2.系统总体设计

2.1系统总体技术指标

根据实际应用需求，本课题设计的运动系统性能指标如下：

（1）系统指挥定位精度：

1pm。

（2）系统最大加速度：

3go

（3）系统最大速度：

1.5m/s。

（4）平台运动行程:

280mmo

2.2系统总体技术方案

221执行器类型选择

系统要求执行器具有控制精度高，反应速度快的特点。

比较直线电机与传统的旋转电机+滚珠丝杠运动系统虽然都可以实现直线运动，但在高精度，高运动特性的要求下，直线电机相比传统的旋转驱动系统更具有优势。

直线电机是一种新型电机，近年来应用日益广泛。

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。

磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的。

除此之外，还广泛地用于其他方面，例如用于传送系统、电气锤、电磁搅拌器等。

直线电