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[直线电机应用]直线电机在机床行业普及极高!

发布时间:2019-10-25 09:48:21 阅读次数:71 发布者:2020欧洲杯比分网  来源:深圳博智达机器人
导读: 传统的数控机床伺服系统由伺服电机+轴承+联轴器+丝杆+系统的支撑结构等组成,该系统组成成分多,结构复杂。对于这样的系统,惯性质量大,动态性能的提高有限。此外,这些中间结
传统的数控机床伺服系统由伺服电机+轴承+联轴器+丝杆+系统的支撑结构等组成,该系统组成成分多,结构复杂。对于这样的系统,惯性质量大,动态性能的提高有限。此外,这些中间结构在运动过程中的弹性变形和摩擦损失是难以消除的。随着使用时间的增加,其弊端会越来越突出,导致定位滞后和非线性误差,严重影响硬件的处理精度。
直线电机应用
近年来,永磁直线同步电机(PMLSM)作为一种近乎理想的馈电方式,逐渐取代了传统的旋转电机,得到了迅速的发展。打破了传统的“旋转电机+滚珠丝杠”的传动方式,实现了“零传动”。通过电磁效应,电能直接转换成直线运动,没有任何中间机制,它消除了不利因素如惯性矩、弹性变形、反向间隙、摩擦、振动、噪声和磨损,极大地提高了快速反应能力和伺服系统的控制精度。
直线电机机床的发展历程
1993年,德国ex-cell-o企业推出了由直线电机驱动的加工中心hsc-240,这是世界上第一台直线电机机床。从此,直线电机逐渐应用于各种机床。
1996年,日本Sadik企业开始开发电火花加工,最终开发出专用直线电机及其配套的数控系统。不久,他们就把这项技术应用于电火花加工。此外,日本的松浦机械有限企业、东京智浦电气有限企业、森精工制造有限企业和新日本工业机械有限企业也开发了不同性能的直线电机机床。
1999年,意大利乔布斯企业开发了Linx龙口加工中心,开始全面生产Linx系列产品。
2003年,该产品占企业总产出的60%,成为企业主要的利润来源。直线电机用于法国雷诺汽车企业生产的rene20和rene25系列加工中心的轴向运动。
要探索直线电机机床领域,大家必须提到美国。直线电机机床在美国的最大优势在于其超精密加工,一直处于世界领先地位。美国precitech企业生产的nanoform200和freeform700超精密机床均采用直线电机,加工精度可靠。更重要的是,precitech首先将直线电机作为行业标准。
直线电机驱动系统及其机床产品参加了2001年欧洲机床展、2002年日本机床展和2004年美国机床展。目前世界上直线伺服电机及其驱动系统的主要供应商有:
西门子,indramat,发那科,三菱,安川,富士,日立,anorad, aermech, Baldor, Copley, Etel, L.D.、kollmogen等等。
国外直线电机伺服系统
直线电机应用
对中国来说,这虽然令人遗憾,但并不令人意外而直线电机在机床上的应用仍处于起步阶段。许多大学都研制出了直线电机机床。
例如,清华大学开发出了可以远距离移动的永磁直线伺服单元;浙江大学开发了磨床、冲床、三坐标测量机等;国防科技大学研制了用于活塞非圆切削的直线电机刀具。与此同时,一些研究机构和企业也开发出了直线电机驱动的机床。电火花加工机床是由北京机床研究所研制开发的。
在2001年中国国际机床展览会上,南京第四发展有限企业推出了一款高速数控机床,该机床采用直线电机进行x轴运动。
在2003年中国国际机床展上,北京机电技术学院vs1250加工中心正式亮相。2006年,中国国际金属加工展览会,深圳汉氏激光科技有限企业推出激光切割机clx3015a。
我国直线电机机床的研究现状
在cimt2015第十四届中国国际机床展览会的展品中,
瑞士思德利企业斯图尔特S141
S141是最新一代的数控万能内圆磨床,将最新的技术整合于一体:所有轴均配有直线传动装置。
直线电机应用
问题的关键是传统的传动链,从电动机作为动力源到工作部件,都要经过齿轮、蜗轮副、传动带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节。这些环节存在较大的转动惯量、弹性变形、反间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声和磨损。
虽然通过这些方面的不断改进提高了传动性能,但很难从根本上解决问题。出现了“直接传动”的概念,即取消从电动机到工作部件的各种中间环节。随着电机及其驱动控制技术的发展,电主轴、直线电机、转矩电机的出现和技术的日益成熟,主轴的“直接驱动”、直线和旋转坐标运动的概念成为现实,并日益显示出其巨大的优越性。
直线电机及其驱动控制技术在机床进给传动中的应用,使机床传动结构发生了巨大的变化,机床性能有了新的飞跃。
直线电机进给驱动的主要优点:
1. 进给速度范围宽。从1 (1)m / s到20 m / min以上,加工中心的快进速度达到208 m / min,而传统机床的快进速度小于60 m / min,一般为20-30 m / min。
2. 良好的速度特性。速度偏差可以小于(1)0.01%。
3.高加速度。直线电机的最大加速度可达30g,加工中心的进给加速度已达3.24g,激光加工机床的进给加速度已达5g,而传统机床的进给加速度小于1G,一般为0.3g。
4. 高定位精度。采用光栅闭环控制,定位精度可达0.1-0.01 (1)mm。采用前馈控制的直线电机驱动系统,跟踪误差可减少200多倍。由于运动部件具有良好的动态特性和敏感响应,以及插补控制的精细化,可以实现纳米级控制。
5. 无限的旅行。传统的丝杠传动受丝杠制造工艺的限制,一般为4-6m,更多的行程需要延长丝杠,无论是从制造工艺还是性能都不理想。采用直线电机驱动,定子可无限延伸,制造工艺简单。现有大型高速加工中心的x轴长度超过40米。
6. 结构简单,运动平稳,噪音低,运动部件摩擦磨损小,使用寿命长,安全可靠。
直线电机及其驱动控制技术的发展主要体现在以下几个方面:
(1)性能的不断提高(如推力、速度、加速度、分辨率等);
(2)体积和温升减小。
(3)品种覆盖面广,可满足不同类型机床的要求;
(4)成本明显降低;
(5)安装保护方便;
(6)良好的可靠性;
(7)包括数控系统在内的配套技术越来越完善;
(8)商业化程度高。

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