專利名稱：一種適用于薄壁管材激光微加工的二維運動平臺裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及薄壁管材激光微加工技術，尤其涉及激光微加工設備的二維運動平臺。
背景技術：
傳統伺服電機加滾珠絲桿結構驅動的二維運動平臺，其傳動鏈從作為動力源的伺服電機到工作部件要經過齒輪、蝸輪副、皮帶、絲杠副、聯軸器等多個中間傳動環節，在這些環節中產生了較大的轉動慣量、彈性變形、反向間隙、運動滯后、摩擦、振動、噪聲及磨損等。由于受機械傳動中慣量、剛度、磨損等因素的限制，無法實現所需的高運動速度及精度。因此，在本領域中需要一種在薄壁管材激光加工中將管材的高精度運動和材料處理集于一體的二維運動平臺裝置。這對于降低加工成本、提高加工效率具有非常重要的意義。

發明內容
本發明旨在解決傳統伺服旋轉電機加滾珠絲桿結構存在的剛性不足、摩擦力大、存在空回及死區等問題。為解決上述技術問題，本發明公開了一種二維運動平臺裝置。該裝置包括:直線軸，包括直線電機、直線導軌、滑塊和直線軸動板，其中直線電機驅動滑塊沿直線導軌往復運動，從而帶動與滑塊固定連接的直線軸動板直線運動；管材保護軟管，安裝在與直線軸動板固定耦接的軟管架上，用于在自動進料時保護管材；具有中空結構的旋轉軸，被固定安裝在直線軸動板上，旋轉軸夾持管材并利用直驅電機帶動管材旋轉；以及用于感測滑塊位置的反饋傳感器，包括固定在直線導軌側面的封閉式光柵尺和相應的光柵尺讀數頭。本發明所提供的二維運動平臺裝置的運動速度更快、精度更高、密封特性好，且其核心部件可終身使用，運行維護成本較低。另外，本發明的二維運動平臺裝置具有將高精度運動和材料處理集于一體的模塊化設計，可移植性強。而且，該裝置在結構上更加緊湊，增加了設備的重復利用率，降低了成本，提高了生產效率。


圖1是根據本發明一個實施例的二維運動平臺裝置的結構示意圖；以及 圖2是根據本發明一個實施例的直線軸的結構示意圖。附圖標記:
1.軟管架，2.管材保護軟管，3.氣 動系統，4.管材，5.旋轉軸，6.直線軸，7.工作平臺，8.機械硬限位塊，9.導軌，10.側板，11.直線電機轉子，12.光柵尺，13.讀數頭，14.滑塊，15.直線電機定子，16.光電限位開關
具體實施例方式以下將討論本發明的各個較佳實施例。但本領域技術人員應當理解，此處的詳細說明并不作為對本發明保護范圍的限制，本發明還可通過以下各實施例的變型或其它等同方式得以實現。圖1是根據本發明一個實施例的二維運動平臺裝置的結構示意圖。如圖1所示，二維運動平臺可包括:軟管架、管材保護軟管、旋轉軸以及直線軸等。旋轉軸被固定安裝在直線軸的動板上。旋轉軸內部為中空結構，以使整根管材可以穿過。具體地，管材從旋轉軸左端插入旋轉軸內部，并從旋轉軸管材夾持系統的彈性夾頭穿出。在一個示例中，可以通過旋轉軸內部的氣動系統，來實現夾緊和松開管材的功能。旋轉軸內部可設置有高性能免維護的直驅電機。由于電機采取直接驅動的設計，可省略減速齒輪等，所以能夠達到旋轉軸的高加速度及高精度。直驅電機的高速旋轉帶動管材旋轉。管材保護軟管用于在自動進料時保護管材。管材安裝軟管安裝在軟管架上，軟管架可通過例如螺釘固定在直線軸的動板上。圖2示出直線軸的一個示例。根據需要，直線軸可以包括選自下組中的合適部件:機械硬限位塊、導軌、側板、直線電機、光柵尺、光柵尺讀數頭、滑塊、光電限位開關、直線軸動板等。由直線電機驅動滑塊，使滑塊沿著直線導軌直線往復運動，從而帶動與滑塊固定連接的直線軸動板實現直線運動。由于直線電機直接驅動省去了中間傳動環節，因此可以實現聞的加速度和聞精度，并且可以減少磨損、噪首等。此外，本發明的二維運動平臺裝置還包括反饋滑塊運動位置的反饋傳感器，包括固定在直線導軌側面的封閉式光柵尺及相應的光柵尺讀數頭。在一個示例中，可采用高分辨率光柵尺和高精度編碼器位置反饋實現全閉環控制。在本發明的一個示例中，二維運動平臺裝置還可包括光電限位開關，該光電限位開關是常閉型的。當滑塊運動超過預定位置時，光電限位開關開啟使得滑塊不再繼續前進。而且，在每一個電子限位開關略后的位置上可設置一個機械硬限位，以便阻止平臺繼續運動。在本發明的另一個示例中，可在直線軸動板的兩側設置側板。側板能夠有效屏蔽運動平臺所產生的磁場，從而大幅度降低電機漏磁對加工工件的影響。此外，由于支架激光切割機會使用到濕切加工工藝，因此可將直線軸和旋轉軸設置為防水密封結構，以防止水霧等進入其內部。優選地，可對兩者進行配置使其防水密封等級達到IP65以上。該二維運動平臺裝置不僅可以應用于管材激光切割機中，而且還可以應用于管材產品的測量設備中。與由旋轉電機驅動的運動平臺相比，本發明所提供的這種平臺具有更高的運行速度及精度。
權利要求
1.一種二維運動平臺裝置，包括: 直線軸，包括直線電機、直線導軌、滑塊和直線軸動板，其中直線電機驅動滑塊沿直線導軌往復運動，從而帶動與滑塊固定連接的直線軸動板直線運動； 管材保護軟管，安裝在與直線軸動板固定耦接的軟管架上，用于在自動進料時保護管材； 具有中空結構的旋轉軸，被固定安裝在直線軸動板上，旋轉軸夾持管材并利用直驅電機帶動管材旋轉；以及 用于感測滑塊位置的反饋傳感器，包括固定在直線導軌側面的封閉式光柵尺和相應的光柵尺讀數頭。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，直線軸和旋轉軸均為防水密封結構。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，直線軸還包括光電限位開關，當滑塊運動超過預定位置時光電限位開關開啟使得滑塊不再繼續前進。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，在光電限位開關后面的位置上安裝有機械硬限位。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，在直線軸動板的兩側安裝有側板，用以屏蔽運動平臺裝置所產生的磁場。
全文摘要
本發明公開了一種適用于薄壁管材激光微加工的二維運動平臺裝置。該裝置包括直線軸，包括直線電機、直線導軌、滑塊和直線軸動板，其中直線電機驅動滑塊沿直線導軌往復運動，從而帶動與滑塊固定連接的直線軸動板直線運動；管材保護軟管，安裝在與直線軸動板固定耦接的軟管架上，用于在自動進料時保護管材；具有中空結構的旋轉軸，被固定安裝在直線軸動板上，旋轉軸夾持管材并利用直驅電機帶動管材旋轉；以及用于感測滑塊位置的反饋傳感器，包括固定在直線導軌側面的封閉式光柵尺和相應的光柵尺讀數頭。
文檔編號B23K26/08GK103212796SQ20121001567
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者魏志凌, 寧軍, 夏發平, 馬秀云 申請人:昆山思拓機器有限公司