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数控系统伺服电机控制技术发展动向----六

lj7071  发表于 2007/3/23 5:35:01      971 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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性误差,目前滚珠丝杠副的移动速度和加速度已提高较多,再进一步提高的余地有限。自1993年,在机床进给上开始应用直线电机直接驱动,它是高速高精加工机床特别是其中的大型机床更理想的驱动方式。目前使用直线电机的高速高精加工机床最大快移速度已达208m/min,加速度2g(Mazak的HMCF3-660L加工中心的水平),并且还有发展余地。

    与滚珠丝杠传动相比,直线电机直接驱动的优点是:
    1、高刚度
    2、直线电机直接和负载连接,没有间隙,有更高的动态刚度。
    3、更宽的速度范围
    4、现代电机技术,很容易实现宽调速,速度变化范围可达,1:10000以上。例如,美国科尔摩根公司DDL永磁直线电机高速大于5m/s,低速1µm/s。
    5、加速特性好、运动惯量小、有更高动态响应性能。
    6、运行平稳,位置精度高(基本上取决于位置反馈检测元件)。
    7、无行程限制
    8、采用模块结构,可接长适应不同行程要求。
    9、采用直线电机直接驱动

    省去了一切中间机械传动,从根本上减小了机械摩损与传动误差,减少维护工作。轨迹误差小,高速下可获得良好的定位精度。直线电机直接驱动的优点正好弥补滚珠丝杠传动的不足,与滚珠丝杠传动相比,其速度提高30倍,加速度提高10倍,最大达10g,刚度提高7倍,最高响应频率达100Hz。

    直线电机直接驱动也存在一些缺点和问题,除控制难度大(中间没有缓冲环节和存在端部效应)外,还存在强磁场对周边产生磁干扰,影响滚动导轨副的寿命,同时给排屑、装配、维修带来困难,以及发热大、散热条件差。需解决散热、隔磁、足够的推力、自锁和移动部件轻量化等方面的问题,才能在机床上实际应用,同时成本较高也影响其推广应用。目前这些问题都已得到不同程度的解决,采用者愈来愈多。交流直线伺服电机也有感应(异步)式和同步式两大类,同步式(次级为永久磁钢)由于效率高、推力密度大、可控性好等优点,尽管其对隔磁防尘要求较高和装配较困难,现在也已成为机床用直线电机的主流。例如,美国Ingersoll铣床公司生产的HVM800高速卧式加工中心,X、Y、Z三轴都采用永磁同步直线伺服电机,最大进给速度可达76.2m/min,最大加速度1.5g。

    在高速高精加工机床领域,直线电机驱动和滚珠丝杠驱动虽然还会并存相当长一段时间,但总的趋势是直线电机驱动所占比重会愈来愈大,将来很有可能成为此种机床进给驱动的主流。现在世界各国的知名机床制造商(比如以发展滚珠丝杠驱动闻名于世的日本Mazak公司和韩国的大宇公司)都纷纷推出直线电机驱动的机床。种种迹象表明,直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。
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