直线马达(直线电机)在机床上的作用
随着电子技术突飞猛进的发展,直线马达(直线电机)在机床领域的应用迎来了它的高潮。从1996年的美芝加哥机床展览会IMTS`96,日本机床展览会,到1999年巴黎EMO博览会等一系列有影响的展览会上,这预示着直线马达(直线电机)开辟的新时代已经到来。
为了提高生产效率和改善零件的加工质量而发展起来的高速加工,现在已成为机床发展的一个重大趋势。一个反应灵敏、高速轻便的驱动系统,速度要提高到40-50m/min以上,加减速也要求提高到25-50m/s2,传统的“旋转电机+滚轴丝杠”的传动形式显然是不行的,这是由它自身的弱点决定的,因为中间传动环节的存在首先使刚度降低,弹性变形可使系统的阶次变高,从而系统的鲁棒性降低,伺服性能下降。弹性变形更是数控机床产生机机械谐振的根源。其次中间传动环节的存在,增加了运动体的惯量,使得位移和速度响应变慢。另外诸如间隙死区、摩擦、误差积累等因素,使得这种传统的方式所能达到的峰值进给速度为30m/min,加速度仅3m/s2。
而直线马达(直线电机)直接驱动所具有的优点则恰恰可以弥补传统传动方式的不足,其速度是滚轴丝杆副的30倍;加速度是滚轴丝杆副的10倍,峰值可达10g,刚度提高了7倍;另外,直线马达(直线电机)直接驱动工作台,所以无反向工作死区;由于电枢惯量小,所以由其构成的直线伺服系统可以达到较高的频率响应(如100Hz)。
通过上述的比较,在高速精密加工中,直线马达(直线电机)的应用有着广泛的前景。目前,满足机床大推力进给部件要求的主要是交流直线马达(直线电机),从励磁方式分,可分为永磁(同步)式和感应(异步)式两种。永磁式的次级(定子)是磁钢,在机床上应用时,需在机床的床身上铺设磁钢,在工作台下部反装着三相通电绕组,形成直线马达(直线电机)的初级(动件)。而感应式初级与永磁式相同,但其次级是用电栅条来代替磁钢,相当于把感应式旋转电机的“鼠笼”沿其圆周展开。
永磁式直线马达(直线电机)在单位面积推力、功率因数、可控性等方面均要优于感应式,但价格较昂贵,安装调试、防尘等方面均不如感应式。
感应式直线马达(直线电机)在性能上已接近于永磁式马达的水平,再加上其自身的优点,所以越来越受到欢迎。
在高速加工领域中,直线马达(直线电机)除广泛应用于高速铣床、曲轴车床、超精车床、磨床、激光车床等外,现在比较热门的研究是将它应用于高速化的并联机构,即六轴、三轴并联结构机床,通过多根滑动柱塞的伸缩来控制刀具,实现对复杂型面的高速加工。
随着高速加工技术的迅速发展,对传动及控制系统的要求越来越高,使直线马达(直线电机)驱动技术的研究力度在逐步加大。因此,加大对直线马达驱动技术的研究既是技术向更高更快发展的趋势,同时也更能满足市场需要,带来更大的经济效益,成为未来发展的必然趋势。
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