直线电机在机床行业普及,将掀起一场势不可挡的革命热潮

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传统旋转电机组成的数控机床伺服系统一般包含:伺服电机+轴承+联轴器+丝杠+构成该系统的支撑结构等等,这样的系统组成零件比较多,也比较复杂。这样的一套系统,其惯性质量大 ,动态性能的提高当然也就受到了很大的限制。更要命的是这些中间结构在运动过程中产生的弹性变形、摩擦损耗以及难以消除,且随着使用时间的增加该弊端会越来越突出,造成定位的滞后和非线性误差,从硬件上严重影响了加工精度。

 

而近几年的永磁直线同步电机(PMLSM)这种近乎理想的进给传动方式,渐渐取代了传统的旋转电机,得到了快速的发展。它打破了传统的“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,将电能直接转换成直线运动,不需要任何的中间机构,消除了转动惯量、弹性形变、反向间隙、摩擦、振动、噪音及磨损等不利因素 ,极大地提高了伺服系统的快速反应能力和控制精度。

 

机床利用直线电机发展历程

 

1993年,德国Ex-CELL-O公司推出一台加工中心HSC-240,采用的是直线电机进行驱动,这是世界上第一台直线电机机床。此后,直线电机逐渐的应用到各种机床中。

 

1996年,日本的沙迪克公司着手开发电火花成型机,终于开发出专门的直线电机及与其匹配的数控系统,没过多久,他们又将这项技术应用到电火花切割机上。此外,日本的松浦机械所、东京芝浦电气、森精机制作所和新日本工机等公司也研发出性能各异的直线电机机床。

 

1999年,意大利JOBS公司开发出龙口加工中心LinX,随后开始全面生产LinX系列产品。

 

2003年,这款产品占公司总产量的比值为60%,因此成为公司的主要利润来源。法国Renault Automotion公司生产的rene20和rene25系列的加工中心坐标轴的运动均利用的是直线电机。

 

直线电机在机床应用上的主要优势

 

数控机床正在向精密、高速、复合、智能、环保的方向发展。精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求,更高的动态特性和控制精度,更高的进给速度和加速度,更低的振动噪声和更小的磨损。

 

问题的症结在传统的传动链从作为动力源的电动机到工作部件要通过齿轮、蜗轮副,皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节,在些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。

 

虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提高,但问题很难从根本上解决,于出现了“直接传动”的概念即取消从电动机到工作部件之间的各种中间环节。随着电机及其驱动控制技术的发展,电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟,使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实,并日益显示其巨大的优越性。

 

直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用,使机床的传动结构出现了重大变化,并使机床性能有了新的飞跃。

 

在工业与自动化中的应用

由于直线电机有其自身独特的优点,因此在机械设备和机床中的机电一体化方面得到广泛应用,如直线电机驱动的冲床,电磁锤、螺旋压力机、电磁打箔机、压铸机和型材轧制牵引机等。在机械加工机床中用于往复运动的动力源—直线电磁驱动装置在车铣、刨、磨、插、锯、拉等机床中得到应用,替代传统机械传动装置。在激光机械、半导体制造设备上也应用了直线电机驱动的X-Y工作台。以及用于组合机床自动化生产机床间直线电机驱动传送线,用于浮法玻璃生产线上的熔融金属搅拌器。用于电网中的直线电机驱动真空断路器,用于选矿的直线电机铁磁分离器。 用于冶金工业中的电磁泵、液态金属搅拌器。用于纺织工业中的直线电机驱动的电梭子、割麻装置以及各种自动化仪表和电动执行机构。

 

在交通运输业中的应用

直线电机技术在磁悬浮列车方面是很重要的应用,在交通技术发展上是一个很大的突破,除此之外,还有直线电机驱动的电磁推进器,直线电机驱动的地铁,直线电机驱动的公路高速电动车等。

 

在物料输送与搬运方面的应用

直线电机在各种物料输送和搬运方面具有独特的优势,例如:在垂直输送方面有直线电机电梯、升降机;在平面输送方面有直线电机驱动的邮政包件分拣输送线、行李分拣输送线、钢材生产输送线、电气、电子、机械加工生产线、食品加工线、制药生产线等各种工业加工线、装配线、检测线,商场、医院等场合的物料输送及立体仓库的搬运、立体汽车库的调度等。

 

在民用与建筑业方面的应用

在民用与建筑业方面直线电机也得到广泛应用,如:直线电机驱动的门与门锁、窗与窗帘、床、餐桌、椅等,达有用直线电机驱动的洗衣机、干燥机、晾衣架、电动工具、搬手、拧紧装置等。 5.直线电机在计算机及办公设备领域的应用 在计算机光驱设备,输入输出设备当中,如数字扫描仪、打印机、都采用了直线电机驱动。在办公设备中如绘图、笔式记录仪等直线电机也得到应用。

 

目前国外已把直线电机应用到电磁炮、潜艇、军用仿真设施中,在卫星和宇宙飞船上也采用了一些直线电机。 在医疗仪器中已经出现了直线电机驱动的人工心脏、盲人触觉模拟器以及在电疗、磁疗按摩捶击等方面也应用了直线电机。

 

直线电机进给驱动的主要优点:

1、进给速度范围宽。可从1(1)m/s到20m/min以上,加工中心的快进速度已达208m/min,而传统机床快进速度<60m/min,一般为20~30m/min。

 

2、速度特性好。速度偏差可达(1)0.01%以下。

 

3、加速度大。直线电机最大加速度可达30g,加工中心的进给加速度已达3.24g,激光加工机的进给加速度已达5g,而传统机床进给加速度在1g以下,一般为0.3g。

 

4、定位精度高。采用光栅闭环控制,定位精度可达0.1~0.01(1)mm。应用前馈控制的直线电机驱动系统可减少跟踪误差200倍以上。由于运动部件的动态特性好,响应灵敏,加上插补控制的精细化,可实现纳米级控制。

 

5、行程不受限制。传统的丝杠传动受丝杠制造工艺限制,一般4~6m,更的行程需要接长丝杠,无论从制造工艺还是在性能上都不理想。而采用直线电机驱动,定子可无限加长,且制造工艺简单,已有大型高速加工中心X轴长达40m以上。

 

6、结构简单、运动平稳、噪声小,运动部件摩擦小、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进展表现在以下方面

(1)性能不断提高(如推力、速度、加速度、分辨率等);

(2)体积减小,温升降低;

(3)品种覆盖面广,可满足不同类型机床的要求;

(4)成本大幅度下降;

(5)安装和防护简便;

(6)可靠性好;

(7)包括数控系统在内的配套技术日趋完善;

(8)商品化程度高。

近几年,弗雷德斯致力于对新技术和解决方案的创新与研发,公司现有强大可靠先进的技术团队,将一如既往的为客户最苛刻的应用提供电机和系统的研发定制。

2018年1月9日
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