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加工機床領域伺服電機技術的發展及其優缺點分析

時間:2009-10-23

來源:中國傳動網

導語:高速高精加工機床的進給驅動,主要有傳統的“旋轉伺服電機和精密高速滾珠絲杠”和新型的“直線電機直接驅動”兩種類型。

高速高精加工機床的進給驅動,主要有傳統的“旋轉伺服電機和精密高速滾珠絲杠”和新型的“直線電機直接驅動”兩種類型。 滾珠絲杠由於工藝成熟,應用廣泛,不僅精度能達到較高(iso34081級),而且實現高速化的成本也相對較低,所以迄今仍為許多高速加工機床所采用。當前使用滾珠絲杠驅動的高速加工機床最大移動速度90m/min,加速度1.5g。但滾珠絲杠畢竟是機械傳動,從伺服電機到移動部件間有一系列機械元件,勢必存在彈性變形、摩擦和反向間隙,相應造成運動滯后和其它非線性誤差,目前滾珠絲杠副的移動速度和加速度已提高較多,再進一步提高的余地有限。自1993年,在機床進給上開始應用直線電機直接驅動,它是高速高精加工機床特別是其中的大型機床更理想的驅動方式。目前使用直線電機的高速高精加工機床最大快移速度已達208m/min,加速度2g(mazak的hmcf3-660l加工中心的水平),并且還有發展余地。 直線電機直接驅動的優點是: 1.高剛度。直線電機直接和負載連接,沒有間隙,有更高的動態剛度。2.更寬的速度范圍。現代電機技術,很容易實現寬調速,速度變化范圍可達,1:10000以上。例如,美國科爾摩根公司ddl永磁直線電機高速大于5m/s,低速1μm/s。3.加速特性好、運動慣量小、有更高動態響應性能。4.運行平穩,位置精度高(基本上取決于位置反饋檢測元件)。5.無行程限制。采用模塊結構,可接長適應不同行程要求。采用直線電機直接驅動,省去了一切中間機械傳動,從根本上減小了機械摩損與傳動誤差,減少維護工作。6.軌跡誤差小,高速下可獲得良好的定位精度。直線電機直接驅動的優點正好彌補滾珠絲杠傳動的不足,與滾珠絲杠傳動相比,其速度提高30倍,加速度提高10倍,最大達10g,剛度提高7倍,最高響應頻率達100hz。 直線電機直接驅動也存在一些缺點和問題,除控制難度大(中間沒有緩沖環節和存在端部效應)外,還存在強磁場對周邊產生磁干擾,影響滾動導軌副的壽命,同時給排屑、裝配、維修帶來困難,以及發熱大、散熱條件差。需解決散熱、隔磁、足夠的推力、自鎖和移動部件輕量化等方面的問題,才能在機床上實際應用,同時成本較高也影響其推廣應用。目前這些問題都已得到不同程度的解決,采用者愈來愈多。交流直線伺服電機也有感應(異步)式和同步式兩大類,同步式(次級為永久磁鋼)由于效率高、推力密度大、可控性好等優點,盡管其對隔磁防塵要求較高和裝配較困難,現在也已成為機床用直線電機的主流。例如,美國ingersoll銑床公司生產的hvm800高速臥式加工中心,x、y、z三軸都采用永磁同步直線伺服電機,最大進給速度可達76.2m/min,最大加速度1.5g。 在高速高精加工機床領域,直線電機驅動和滾珠絲杠驅動雖然還會并存相當長一段時間,但總的趨勢是直線電機驅動所占比重會愈來愈大,將來很有可能成為此種機床進給驅動的主流。現在世界各國的知名機床制造商(比如以發展滾珠絲杠驅動聞名于世的日本mazak公司和韓國的大宇公司)都紛紛推出直線電機驅動的機床。種種跡象表明,直線電機驅動在高速高精加工機床上的應用已進入加速增長期。
編輯:Ally
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