1. 结构刚性差，导致磁弹簧平衡时，磁杆和铁套筒摩擦
好久没更新文章了，最近在一线处理了一些紧急问题，没有太多时间来写日记。
老铁，你还好吗？
这次出差，可以说，现场有一堆问题，但是最重要，也是最严重的问题，是几个Z轴吸取头的平衡问题。
为了保证高精度，高动态反应，这几个Z轴都采用了直线电机驱动，光栅尺和读数头读取位置做反馈，并用磁弹簧做重力平衡。
而这几个轴又是物料转运必不可少的，所以处理不好这个问题，就等于机器是一堆废铁。
问题出现在装配环节。
装配时，发现磁杆在行程范围内，会被铁套筒吸引到旁边，导致摩擦，这是不允许发生的。
磁弹簧平衡的原理是：磁杆在铁筒中沿轴向运动，吸力在一定的行程范围，基本保持不变。
正常情况下，必须保证磁杆和铁筒之间有一定的间隙。
怎么办呢？
光看三维模型帮助不大，先测量一些数据，看看是哪里的问题。
首先对其中一个轴（姑且叫一号头吧），测量了固定磁杆部件的变形情况。
选择了几个位置打表，发现固定部件有变形的情况，其中在远离锁螺钉的位置，千分表指针变化很大，转了几圈。
在二号头上，用手掰固定铁筒的部件，发现肉眼可见的变形。
结论：刚性不足。
一号头固定磁杆部件刚性不足，二号头固定铁筒相关部件刚性不足。
那么，怎么提高刚性？
分析了一下，我们有两个方案。
1号方案：对于一号头，更改磁杆固定部件的材料，原来使用的是铝合金6061，现在改为不锈钢303/304。因为结构上优化空间不大（有部分优化空间，就是改变安装位置，减小悬臂），固定磁杆部件又不需要运动，即使它变重，电机负载也不会增加。同时，在可用的空间范围内，增加磁杆固定长度，也就是局部修改结构。
对于二号头，因为主要原因是固定铁筒部件的相关工件悬臂太长，导致磁杆与铁筒之间的侧向力被放大，弯矩作用到整个结构上，使其变形，在现有的空间中，可以新设计工件，修改安装位置，减小悬臂，提升结构刚性。
二号头这里不改材料，部分原因是因为铁筒需要上下运动，不锈钢会增加重量，恐怕不能有效平衡，因为平衡力余量本来就不多，所以是修改结构。
这个方案的好处是改动小，执行迅速，对结构和整机工艺没什么影响。
2号方案：对于磁杆，改变支撑结构，磁杆原来是上端固定，现在尝试两端固定。
因为磁杆太长，行程有64mm，磁杆长有110mm，按照正规的设计应该设计成两端支撑，但是现在只有一端支撑，也是刚性不足的原因。
但是因为磁杆和铁筒之间的间隙本来就不大，只有1.3mm，要增加一个固定点，势必要延长磁杆底部，也就是用一个薄壁303/304不锈钢筒兜住磁杆底部，然后设计一个新部件，固定此不锈钢套筒，因为间隙不大，所以不锈钢套筒局部最小壁厚只有0.8mm，套筒和铁筒之间留0.5mm间隙。最后在有限的空间中，做了这种方案。
对于铁筒固定结构，采用和方案一相同的优化方法。
此方案有一个缺点，因为要在不锈钢套管底部增加固定点，所以会占有一些Z向空间，而这会影响吸头转运物料时，和其他模组之间的交互工艺。
最后我们出了这两个方案。
就在加工新部件的时候，我们又想了第3个方案：用机械拉簧做平衡。
仅有两个方案，内心确实还是不够踏实。
其实，最开始还担心选不到合适的机械拉簧，因为行程太大，64mm，这就要求弹簧可拉伸长度要足够大，同时又希望弹性常数小，因为运动轴运动时，弹簧力变化太大的话，电机可能会负荷不了，最要命的是，还要有库存，因为等着装机，所以可选择范围被大大缩小。
好在经过筛选，最终有了一款有库存，也基本满足要求的弹簧（在伸长的时候，弹簧力用到极限了）。
最后，在有限的空间中，设计了两端固定结构。
这种方案，我是最有信心的，因为没有磁弹簧，彻底避免了磁杆和铁筒之间可能存在的摩擦问题。但是缺点也很明显，第一，会占用一些额外的空间，对工艺有部分影响，虽然影响不如方案二大。第二，弹簧伸长时，力变化有十多牛，对电机来说不利，虽然电机的持续输出力达五十多牛。
就这样，出了三个方案。
3月5日，收到了方案1的新工件，然后立马让人装配到一号头上面，结果真是“喜出望外”，磁杆跟铁套筒之间不再摩擦，虽然磁杆不是非常对中，但已经解决了刚性不足的问题。
同时，比较重的第2号头，也可以拉升到最高点，说明现在的平衡力是够用了。
其实在前两天吧，我还是比较担心之前做的两个方案，所以我们又做了第3个方案。
如今看起来的话，我们做的备选方案2和备选方案3都用不上了，事实证明，即使把电线和气管全部布完，结果还是可以平衡，并且对于比较重的2，3号头，也可以提升到最高点，达到理想的效果，所以我们后面备选的方案2和方案3就用不着了。
其实这次方案1的改动跟以前的设计主要有两点区别，第一点，就是我们把夹磁棒的部件改成了303/304不锈钢（这里不能用420不锈钢，因为420导磁，会影响磁性弹簧的平衡力），同时把夹持长度增长了。这在很大程度上提高了磁杆固定结构的刚性。
第二点，就是把安装下面铁套筒的那个部件，跟其他相关联部件的连接，改了一下。之前安装铁套筒的那个工件，跟固定件之间的间距非常大，而且结构上的话是比较弱的，那个地方受侧向力之后结构上就会发生变形，刚性不足，最终导致磁棒跟铁套筒之间会有摩擦。
这次我们直接改变了铁套筒安装的位置，使得它相对于固定件发生旋转的力臂比较小。这对于加强铁套筒及相关部件的刚性，有非常大的好处。即使磁杆和铁套筒之间没有完全同心，它们之间的侧向力，也不足以拉动任何一方弯曲或者扭转，使得两者接触。
总结：提高刚性的方法，可以更改材料，也可以更改结构。更改材料改动小，对空间要求小，而更改结构可能对空间有一定的限制，如果空间不足，可能无法施展，所以一开始就提出合理的结构特别重要。
2. 误差累积导致线圈和磁铁接触，烧坏直线电机
其实，去年也有一个直线电机的应用出问题，因为线圈和磁铁之间摩擦，导致比较大的影响：电机烧坏。
只不过，那次主要是由于误差累积的问题，其次才是刚性不足的问题。
因为空间的限制，选用的直线电机是线圈固定，磁铁组件运动，也就是说线圈镶嵌在铁基板上，而中间是运动的磁铁。
这种配置有一个问题，那就是如果磁铁不在线圈间隙的中央，那么必然会有侧向力的存在，因为线圈两侧的铁基板对磁铁的吸引力不平衡。
结构设计上，线圈组件及导轨安装在基板的两侧，导轨滑块上安装了一块工具安装件，磁铁组件镶嵌在一个部件中，这个部件通过销钉和工具安装件定位并用螺钉锁紧。
因为电机线圈和磁铁之间的间隙太小，对安装误差比较敏感。
但是因为磁铁组件的安装链比较长，也就是说中间过度的工件比较多，当初没有控制好一些关键尺寸的公差，就导致最后装配的时候了，磁铁本身不在线圈中间，偏移较多。
同时，另一方面的问题是，因为磁铁组件是用胶水粘在固定件上面的，而且固定端深度只有1.2毫米，非常小，加上侧向力的作用，就导致它的刚性不足，磁铁组件有一点倾斜，导致跟线圈摩擦，最后烧掉电机，就因为这个事儿，我还专门去客户现场，呆了一阵子，也是够折腾的。
好在通过控制关键尺寸的公差，改变磁铁组件的固定方式，以及优化电机内部结构，控制线圈间隙，问题已修复。
哈哈，本文没贴图，作为记录，我真当日记来写的，你看起来可能会有点晕。
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