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直線電機應用還需克服哪些問題

直驅轉臺

隨著國防、航天、汽車、微電子等高技術行業不斷發展,對製造加工業提出了更高的要求,超高速加工和超精密加工成為未來機床業發展的兩個主題。傳統的機床進給驅動系統是“旋轉電機+滾珠絲槓”機構。這種驅動系統涉及的中間部件多,運動慣量大,而且滾珠絲槓本身俱有物理局限性,因此產生的線性速度、加速度及定位精度均有限,不能滿足超高速、高精密加工的需要;于是直線電機受到人們關注,它直接產生直線運動,結構簡潔,運動慣量小,系統剛度高,快速響應特性好,高速情況下能實現精密定位,產生推力大,尤其運動速度、加速度高于滾珠絲槓的若干倍,工作行程可以無限長,維護少、壽命長。這些優點使它成為現代機床進給驅動的理想部件。

直線電機主要應用于三個方面:一是應用于自動控制系統,這類應用場合比較多;其次是作為長期連續運行的驅動電機;三是應用在需要短時間、短距離內提供巨大的直線運動能的裝置中。

 

直線電機在機床應用中的關鍵技術問題

 

用于機床進給伺服系統的主要是交流直線電機,又分為同步式和感應式兩大類。隨著稀土釹鐵硼(NdFeB)永磁材料的出現和性價比的提高,永磁同步直線電機發展成為主流,應用最多。現以這類直線電機在高速、高精密機床上的應用為例,分析需要克服的關鍵問題。

  
一、絕熱與散熱問題永磁直線電機運行時,由于銅損和鐵損,線圈會發熱,帶來幾個負面影響:


(1)對線圈絕緣層造成老損或破壞,使線圈不便通入更大電流,從而不能產生更大推力。


(2)溫度升高會改變永磁體的工作點。


(3)如果熱量傳遞到機床工作臺或者導軌,產生熱變形會影響加工精度,所以,尤其是平板形大推力直線電機,必須降溫,要求磁鋼溫度最高不超過70℃,線圈溫度不超過130 ℃。對于動圈式(Moving coil)和一般的動磁式直線電機,對線圈部位冷卻即可;但在超精密要求下的動磁式直線電機,應該採取雙層水冷方式,配以溫度傳感器監測系統。 u形直線電機由于結構塬因,一般不用冷卻措施。

  
二、隔磁與防護問題機床切削液、鐵屑、灰塵等會污染腐蝕電機,甚至堵塞氣隙,所以必須封閉電機。永磁鋼對鐵磁性物質有強吸引力,為安全起見應該隔磁,可採用不銹鋼罩封閉。直線電機兩端要有緩沖防護裝置(Shock-absorbing)和電子限位開關,防止動子失控后的碰撞。對電纜線要加保護拖鏈,輸出信號線還要加屏蔽體。


三、線性導軌要求承受載荷,適應高速運動并保證精度,選擇導軌要考慮行程大小、機械特性、精密性與速度承受能力等。一般用滾動(滾珠或滾柱)直線導軌,安裝時要保證相互平行度,對于超精密要求的情況,可使用空氣靜壓導軌。

  
隨著直線電機制造工藝的不斷革新,生產的規模化,以及永磁材料、電子產品價格的下降,直線電機的成本正以每年20%的速度下降,在機床上的應用前景廣闊。但這一應用畢竟是新事物,無論是直線電機本身還是相配套的數控技術,潛力很大。我國是製造大國,發展高檔數控設備任重道遠。

文章來源:伺服與運動控制

點擊次數:  更新時間:2019-07-14
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