最新气浮直线电机运动模块设计及实现.docx

1、最新气浮直线电机运动模块设计及实现气浮直线电机运动模块设计及实现摘要随着先进制造技术的发展，各种现代制造工艺不仅要求装备具有更高的运 动性能（高速度、高加速度、高精度），而且要求制造装备能够满足苛刻的生产 环境（高洁净、无污染），而在各种高性能的制造和检测装备中，决定设备性能 的就是各种运动平台，因此设计开发和研究新一代高性能运动系统成为开发各 类高能装备的基础工作和当务之急。本文设计了一种气浮直线电机运动系统，该平台将直线电机驱动技术和静 压气浮导轨技术结合，并选用当前最为理想的开放式数控系统与高精度的光栅 检测元件来完成运动平台的精密控制。该系统定位精度可达微米级，系统行程 为250-10

2、00mm,最大加速度为210g。本文在提出系统方案的基础上，进一 步设计了系统硬件之间的电气连接图，把系统连接为一个整体，实现电信号的 传递。同时设计了一款静压气浮导轨,将运动滑块牢牢的连接在电机的动子上, 并在滑块与导轨之间实现静压气浮支撑，使得平台的定位精度得到了极大的提 升，进而支持了系统对高精度，高加速度的要求。关键字：气浮；直线电机；运动平台Design of Air Bearing Motion ModuleDriven by Linear MotorAbstractWith the development of advanced manufacturing technology,

3、 more rigorous requires are required by many manufacturing process, and trenchant environments should be satisfied by manufacturing equipments Among the high-performance manufacturing and inspection equipment, what determine the equipment performance are kinds of locomotion platforms. So it has been

4、 the basic work and the top priority to design and do research on new generation high-performance dynamic systems for developing high energy equipment.This paper designs a system of airfioatation linear motor, the locomotion platform combines the linear motor and static air pressure lead rail techno

5、logy, adopts the most ideal open numerical control system and high precision components which to finish the exercise of precise control. The system can achieve the level of micron, the stroke of the system is from 250 to 1000mm and the acceleration from 2 to lOg. This article designs further a circu

6、it in hardware on the base of the basic system, the system is connected to a entirety, realizes the transfer of electric signals. It also designs a static air pressure lead rail to connect the dynamic module to the motor rotor, and achieves the static pressure airfioatation strut between the slide a

7、nd lead rail, the accuracy of the platform positioning has been greatly improved, and the requires of high-precision and high acceleration are achieved Keywords: Airfioatation; linear motor; locomotion platform1.绪论 11课题背景 11.2课题的目的意义 21.3课题的主要内容 22.系统总体设计 42系统总体技术指标 42.2系统总体技术方案 42.2.1执行器类型选择 4222控制

8、系统类型选择 6223位移传感器类型选择 82.2.4精密气浮平台技术简介 82.2.5系统总体技术方案 93.系统硬件选型 103直线电机选型 103.1.1直线电机选型及性能指标 103.1.2直线电机的参数校核 113.2光栅尺选型 123.2.1光栅尺工作原理 123.2.2光栅的选型及相关技术参数 133.3运动控制卡选型 143.3.1运动控制卡简介 143.3.2运动控制卡的选型及相关技术参数 143.4伺服驱动器的选型 163.4.1驱动器的原理及作用 163.4.2驱动器的选型及相关技术参数 164.系统之间电气连接图设计 194PMAC与主机的连接 194.2 PMAC与驱

9、动器之间的连接 194.2.1 PMAC与驱动器连接的作用 19422接口的功能及说明 204.2.3 PMAC与驱动器之间的电气连接图 234.3计算机与驱动器电气连接图 244.3.1计算机与驱动器连接的作用 244.3.2接口的功能和说明 254.3.3计算机通过RS232设置驱动器的电气连接图 264.4驱动器与反馈元件之间的连接 264.4.1驱动器与反馈元件连接的作用 264.4.2接口的功能和说明 264.4.3驱动器与反馈元件之间的连接图 284.5驱动器连接电机 294.5.1驱动器连接电机的作用 294.5.2接口的功能和说明 294.5.3驱动器连接电机的电气连接图 30

10、4.6驱动器电源 305.气浮运动模块的结构设计 325运动模块整体说明 325.2静压气浮导轨副的设计 335.2.1导轨的作用和设计要求 335.2.2静压气浮导轨工作原理 335.2.3气浮导轨的常见形式 355.2.4导轨的设计 36525滑块的设计 375.3气体通路的设计 395.4编码器的安装设计 405.5模块校验 416结论 42致谢 43参考文献 44外文翻译及原文 451 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

11、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

12、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

13、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

14、，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，

15、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:280mm o2.2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