一种自平衡直线电机升降平台的制作方法

1.本实用新型涉及一种电动升降台，具体涉及一种自平衡直线电机升降平台。


背景技术：

2.传统的电动升降台基本上都使用的是丝杆螺母加步进电机或者是伺服电机的结构控制位移台台面的升降，这样的好处在于位移台在行程范围内有一定的自锁力，丝杆螺母结构使得负载在移动过程中能够始终保持平衡。但是这样的结构也会有一些较大的问题。比如：由于丝杆螺母背隙的存在，整体位移台的安装调整比较困难，且难以达到一致性；安装完成后的定位精度和重复性精度难以达到微米级以内；行程增加会极大增大位移台的结构尺寸，精度也随之受到影响。
3.现有专利申请号2019222693706，一种微型交叉滚子导轨直线电机平台的专利，采用直线电机驱动位移台台面的升降，解决了传统丝杠螺母背隙导致安装调整比较困难，定位精度和重复精度难以达到微米级的问题。但是由于负载的不平衡性，使负载在移动过程不能保持平衡。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是采用直线电机驱动的方式控制位移台升降，负载在移动过程不能保持平衡，影响运动精度的问题，提供一种自平衡直线电机升降平台。
5.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种自平衡直线电机升降平台，包括升降台面板、直线电机、支撑组件、恒力输出组件和两根并列布置的交叉滚子导轨；
6.两根交叉滚子导轨和直线电机的动子均安装在支撑组件上，升降台面板与支撑组件之间布置有两个交叉滚子导轨，升降台面板与直线电机的定子固定连接，并能沿着交叉滚子导轨做直线运动，升降台面板与恒力输出组件上的输出轴端部固定连接，恒力输出组件固定安装在支撑组件上，使升降平台面板在使用时沿交叉滚子导轨导向方向受力，并与负载重力方向相反。
7.本实用新型的有益效果是：采用直线电机驱动，可减少摩擦带来的精度影响，使运动更加的平稳，并采用交叉滚子导轨作为支撑，接触面积大，刚性和稳定性好。与现有的螺母丝杠的运动方式相比，不存在丝杠螺母背隙，因此，便于安装调整，安装完成后的定位精度和重复精度较高。本实用新型增设了恒力输出组件，消除负载在运动过程中重力的影响，使合力为零，所需要的直线电机的功率更小，缩小体积，使结构更加紧凑，并使负载能够在行程范围内高精度的移动，实现加速度、减速度和匀速快速响应，同时设置恒力输出组件，当负载停止运动时，则不会随重力下落。
8.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
9.进一步，所述升降台面板上安装有配重块。
10.采用上述进一步方案的有益效果设置配重块主要用于增加负载配重，与恒力输出组件的输出力相平衡，使负载能够在行程范围内高精度的移动。
11.进一步，所述直线电机为无铁芯直线电机。
12.采用上述进一步方案的有益效果是无铁芯直线电机安装时不需要处理吸引力，因此易于安装。没有齿槽效应，容易实现更安定的运动珯实现更高精度，拼接定子，行程可延伸，可获得更高的加速度及减速度，同时，可减少摩擦带来的精度影响，使运动更加的平稳。
13.进一步，所述支撑组件包括支撑架；恒力输出组件、直线电机的动子及两根交叉滚子导轨均固定安装在支撑架上。
14.采用上述进一步方案的有益效果是为各个部件提供安装支撑。
15.进一步，所述支撑组件包括支撑架和底板；底板固定安装在支撑架上，直线电机的动子和两根交叉滚子导轨均固定安装在底板上，恒力输出组件固定安装在支撑架或底板上。
16.采用上述进一步方案的有益效果是与交叉滚子导轨和直线电机配合的底板，加工精度较高，关键面用磨床精密打磨，精度稳定性好。
17.进一步，所述支撑组件包括支撑架、底板和底座；底板和底座均固定安装在支撑架上，直线电机的动子和两根交叉滚子导轨均固定安装在底板上，恒力输出组件固定安装在底座上。
18.采用上述进一步方案的有益效果是与交叉滚子导轨和直线电机配合的底板，加工精度较高，便于更换和维修，同时简化支撑架的制造，降低制造难度，设置底座为恒力输出组件提供支撑。
19.进一步，所述底板为不锈钢材质。
20.采用上述进一步方案的有益效果是可保证关键平面(与交叉滚子导轨和直线电机配合的平面)的平面度和平行度，且不易变形，确保安装和定位精度。
21.进一步，所述交叉滚子导轨上集成装有光栅尺。
22.采用上述进一步方案的有益效果是直线电机的控制采用闭环控制，使升降台具有更高的运动精度。
23.进一步，在支撑组件上升降台面板活动极限位置安装有光电限位开关。
24.采用上述进一步方案的有益效果是用于检测升降台面板或负载的运是否接近最大行程的极限位置。
25.进一步，所述支撑架为铝合金材质。
26.采用上述进一步方案的有益效果是降低整体重量。
27.进一步，所述升降台面板上设有安装孔。
28.采用上述进一步方案的有益效果是通过螺栓连接负载。
附图说明
29.图1为本实用新型不含升降台面板的示意图；
30.图2是图1的a
‑
a剖视图；
31.图3是图1的b
‑
b剖视图；
32.图4是恒力输出组件的示意图。
33.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
34.10、升降台面板；20、直线电机；30、支撑架；40、底板；50、交叉滚子导轨；60、恒力输
出组件；70、面板连接件；80、底座；61、固定部；62、输出轴、63、磁铁。
具体实施方式
35.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
36.本实施例旨在提供一种自平衡直线电机升降平台，以提高升降平台安装精度。
37.实施例1：下面结合图1
‑
4来说明本实施例，本实施例包括升降台面板10、直线电机20、支撑组件、恒力输出组件60和两根并列布置的交叉滚子导轨50；
38.两根交叉滚子导轨50和直线电机20的动子通过螺栓均固定安装在支撑组件上，升降台面板10与支撑组件之间布置有两个交叉滚子导轨50，其中交叉滚子导轨50的滑块部分通过螺钉安装在支撑组件上，交叉滚子导轨50的导轨面通过螺钉与升降台面板10固定连接，升降台面板10通过螺栓与直线电机20的定子固定连接，并能沿着交叉滚子导轨50滑动方向做直线运动，升降台面板10与恒力输出组件60上的输出轴端部固定连接，支撑组件上固定安装有恒力输出组件60，恒力输出组件60的输出力作用在升降台面板10上，使升降平台面板10在使用时沿交叉滚子导轨50导向方向受力，并与负载重力方向相反。
39.本实施例中所述支撑组件包括支撑架30；恒力输出组件60、直线电机20的动子及两根交叉滚子导轨50均固定安装在支撑架30上。
40.为方便升降台面板10与恒力输出组件60输出端的连接，并简化升降台面板10的制造，升降台面板10可通过面板连接件70与恒力输出组件60输出端固定连接，升降台面板10、面板连接件70、恒力输出组件60输出端相邻两者之间均通过螺钉连接。其中面板连接件70可以为l形。
41.本实施例中支撑架30的材质可以为不锈钢，以提高交叉滚子导轨50和直线电机20的安装精度。
42.恒力输出组件60的输出力约等于升降台面板10和负载的重量之和，负载的重力被恒力输出组件60相互抵消达到平衡，使负载能够在行程范围内高精度的移动。
43.本实施例中恒力输出组件为现有技术，可以为科瑞力摩公司生产的弹簧，也可以采用其它公司或现有技术中恒力输出的组件进行替代，均在本技术的保护范围内。科瑞力摩公司生产的弹簧，具体结构包括固定部61、输出轴62和磁铁63等，输出轴62通过轴承滑动设置在固定部61上，固定部61内设有磁铁63，输出轴62在固定部61磁场内保持恒定的力，具体结构在此不再赘述。所述固定部61固定安装在所述底座80或所述支撑组件上。
44.为了便于负载的安装连接，所述升降台面板10上设有安装孔。
45.为了便于走线，所述支撑组件上设有出线孔。所述出线孔配有3m的控制器连接线，电机线与信号线分别用单独的线缆进行屏蔽，位移台不会受到外界的强电弱电干扰。
46.实施例2：本实施例在实施例1的基础上，在升降台面板10上安装有的配重块。当负载的重量不够时，可增设配重块增加负载的重量，使负载、配重块和升降台面板10总重力约等于恒力输出组件60的输出力。
47.实施例3：本实施例与实施例1或2的不同之处在于，本实施例中的直线电机20为无铁芯直线电机。采用无铁芯直线电机，功率相对较低，可获得更大的加速度和减速度，没有齿槽效应，可实现更高的运动精度。通过增设恒力输出组件60可以弥补无铁芯直线电机功
率较低的缺点。
48.使用无接触式直线电机驱动，能够减少摩擦带来的精度影响。
49.实施例4：本实施例与实施例1的不同之处在于，所述支撑组件包括支撑架30和底板40；
50.底板40固定安装在支撑架30上，直线电机20的动子和两根交叉滚子导轨50均固定安装在底板40上，恒力输出组件60固定安装在支撑架30或底板40上。
51.本实施例中支撑架30的材质可以与底板40的不同，支撑架30的材质可以为铝合金材质，降低整体重量。底板40为不锈钢材质，与交叉滚子导轨50和直线电机20配合的底板40，加工精度较高，关键面用磨床精密打磨，精度稳定性好。在安装时既降低了整体重量，同时也保证了安装定位精度。
52.支撑架30和底板40也可以采用相同材质制造成一体的零件，此时与实施例1方案相同。
53.实施例5：本实施例与实施例1的不同之处在于，所述支撑组件包括支撑架30、底板40和底座80；底板40和底座80均固定安装在支撑架30上，直线电机20的动子和两根交叉滚子导轨50均固定安装在底板40上，恒力输出组件60固定安装在底座40上。
54.交叉滚子导轨50和直线电机20配合的底板40，加工精度较高，便于更换和维修，同时简化支撑架的制造，降低制造难度，设置底座80为恒力输出组件提供支撑。支撑架30、底板40和底座80三者可以采用不同的材质进行制造，支撑架30和底座80可以为铝合金材质，底板40可以为不锈钢材质。其好处是降低整体重量，关键面用磨床精密打磨，精度稳定性好。
55.支撑架30、底板40和底座80三者也可以采用相同材质制造，与实施例1方案相同。
56.本在上述实施例中，所述底板40的材质优选为440c不锈钢，保证与直线电机20和交叉滚子导轨50接触平面的平面度和平行度，且不易变形。
57.在上述实施例中，所述支撑架30的材质优选为7075铝合金。
58.实施例5：本实施例在实施例3的基础上，所述交叉滚子导轨50上集成装有光栅尺。
59.光栅尺的分辨率可选为0.1μm，带零点，采用闭环控制可进一步提供运动精度。
60.实施例6：本实施例在实施例1、4、5或6的基础上，在支撑组件上升降台面板10活动极限位置安装有光电限位开关，用于检测升降台面板10是否接近极限位置。
61.优选的，光电限位开关安装在底板40上，当支撑组件仅包括支撑架30时，则安装在支撑架30上。
62.在上述实施例中，为了提高运动精度，所述交叉滚子导轨50的平面度公差等级为e6，升降台面板10的平面度公差等级e7；交叉滚子导轨50水平和竖直的直线度为5μm，升降台面板10和交叉滚子导轨50的平面度为18μm。
63.在上述实施例中，能够使升降台的重复性精度达到1～2μm以内甚至更高，绝对精度也可以机加以及驱动补偿的方式达到2～3μm以内甚至更高。
64.工作过程：直线电机20驱动升降台面板10带动负载沿着竖直方向上下移动，升降台面板10和负载在恒力输出组件60的输出力作用下，合力为零，直线电机20驱动升降台面板10加速运动、匀速运动或减速运动时，负载本身的重力加速度可忽略不计，可快速响应，有利于提高运动的精度。
65.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
66.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
67.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
68.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
69.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
70.本实用新型虽然已经通过一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。例如，本实用新型还可以将支撑架31、底板40或底座80中的任意两者或三者制作成一体件，当制作成一体件时，其材质相同，可根据实际需要选择材质，以上所做修改均在本技术的保护范围内。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。