直線電動機實現機床進給系統零傳動
高速化、精密化和模塊化是現代制造技術的發展方向。新的切削理論認為:當切削速度達到一定程度(約500m/min)后,切削區溫度不再上升,并且切削力反而會減小,刀具磨損也減少。這樣在提高生產率的同時還能提高零件的表面質量和加工精度。
一般來說,高速加工的切削速度和進給速度都比常規加工要高出一個數量級。因此高速主軸和快速進給系統是實現高速加工的兩項關鍵技術,其中對進給系統提出了以下新要求:(1)進給速度必須與高速主軸相匹配,達到60m/min或更高:(2)加速度要大,這樣才能在最短的時間和行程內達到要求的高速度,至少要1~2g:(3)動態性能要好,能實現快速的伺服控制和誤差補償,具有較高的定位精度和剛度。
長期以來,數控機床的進給系統主要是“旋轉伺服電動機,滾珠絲杠”,這種進給系統所能達到的最高進給速度為90~120m/min,最大加速度只有1.5g。同時,由于從電動機主軸到工作臺之間存在聯軸節、絲杠、螺母、軸承、支架等一系列中間環節,當進給部件要完成啟動、加減速、反轉、停車等動作時,這些機械元件產生的彈性變形、摩擦、反向間隙等,會造成進給運動的滯后和其它許多非線性誤差:這些中間環節也加大了系統的慣性質量,影響了對運動指令的快速響應。另外,絲杠是細長桿,在力和熱的作用下,會產生變形,影響加工精度。
為了克服傳統進給系統的缺點,簡化機床結構,滿足高速精密加工的要求,人們開始研究新型的進給系統,直線電動機就是最有前途的快速進給系統。它取消了源動力和工作臺部件之間的一切中間傳動環節,使得機床進給傳動鏈的長度為零,這就是所謂的“直接驅動”或“零傳動”。
直線電動機的原理和分類
所謂直線電動機就是利用電磁作用原理,將電能直接轉換直線運動動能的設備。在實際的應用中,為了保證在整個行程之內初級與次級之間的耦合保持不變,一般要將初級與次級制造成不同的長度。直線電動機與旋轉電動機類似,通入三相電流后,也會在氣隙中產生磁場,如果不考慮端部效應,磁場在直線方向呈正弦分布,只是這個磁場是平移而不是旋轉的,因此稱為行波磁場。行波磁場與次級相互作用便產生電磁推力,這就是直線電動機運行的基本原理。
由于直線電動機和旋轉電動機之間存在以上對應關系,因此每種旋轉電動機都有相對應的直線電動機,但直線電動機的結構形式比旋轉電動機更靈活。直線電動機按工作原理可分為:直線直流電動機、直線感應電動機、直線同步電動機、直線步進電動機、直線壓電電動機及直線磁阻電動機:按結構形式可分為平板式、U形及圓筒式。
一般來說,高速加工的切削速度和進給速度都比常規加工要高出一個數量級。因此高速主軸和快速進給系統是實現高速加工的兩項關鍵技術,其中對進給系統提出了以下新要求:(1)進給速度必須與高速主軸相匹配,達到60m/min或更高:(2)加速度要大,這樣才能在最短的時間和行程內達到要求的高速度,至少要1~2g:(3)動態性能要好,能實現快速的伺服控制和誤差補償,具有較高的定位精度和剛度。
長期以來,數控機床的進給系統主要是“旋轉伺服電動機,滾珠絲杠”,這種進給系統所能達到的最高進給速度為90~120m/min,最大加速度只有1.5g。同時,由于從電動機主軸到工作臺之間存在聯軸節、絲杠、螺母、軸承、支架等一系列中間環節,當進給部件要完成啟動、加減速、反轉、停車等動作時,這些機械元件產生的彈性變形、摩擦、反向間隙等,會造成進給運動的滯后和其它許多非線性誤差:這些中間環節也加大了系統的慣性質量,影響了對運動指令的快速響應。另外,絲杠是細長桿,在力和熱的作用下,會產生變形,影響加工精度。
為了克服傳統進給系統的缺點,簡化機床結構,滿足高速精密加工的要求,人們開始研究新型的進給系統,直線電動機就是最有前途的快速進給系統。它取消了源動力和工作臺部件之間的一切中間傳動環節,使得機床進給傳動鏈的長度為零,這就是所謂的“直接驅動”或“零傳動”。
直線電動機的原理和分類
所謂直線電動機就是利用電磁作用原理,將電能直接轉換直線運動動能的設備。在實際的應用中,為了保證在整個行程之內初級與次級之間的耦合保持不變,一般要將初級與次級制造成不同的長度。直線電動機與旋轉電動機類似,通入三相電流后,也會在氣隙中產生磁場,如果不考慮端部效應,磁場在直線方向呈正弦分布,只是這個磁場是平移而不是旋轉的,因此稱為行波磁場。行波磁場與次級相互作用便產生電磁推力,這就是直線電動機運行的基本原理。
由于直線電動機和旋轉電動機之間存在以上對應關系,因此每種旋轉電動機都有相對應的直線電動機,但直線電動機的結構形式比旋轉電動機更靈活。直線電動機按工作原理可分為:直線直流電動機、直線感應電動機、直線同步電動機、直線步進電動機、直線壓電電動機及直線磁阻電動機:按結構形式可分為平板式、U形及圓筒式。
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