分析加工機(jī)床領(lǐng)域伺服電機(jī)技術(shù)的發(fā)展與優(yōu)缺點(diǎn)
出處:xufr 發(fā)布于:2011-09-02 17:59:03
主要有傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)和精密高速滾珠絲杠”和新型的“直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)”兩種類(lèi)型的高速高精加工機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。
滾珠絲杠由于工藝成熟而廣泛應(yīng)用,不僅度能達(dá)到比較高,且實(shí)現(xiàn)高速化的成本也相對(duì)比較低,所以現(xiàn)在仍被許多高速加工機(jī)床所采用。目前使用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的高速加工機(jī)床移動(dòng)速度為90m/min,加速度為1.5g。但滾珠絲杠畢竟是機(jī)械傳動(dòng),從伺服電機(jī)到移動(dòng)部件間有一系列機(jī)械元件,就會(huì)存在彈性變形、摩擦與反向間隙,從而造成運(yùn)動(dòng)滯后以及其它非線(xiàn)性的誤差,當(dāng)前滾珠絲杠副的移動(dòng)速度和加速度都已提高了比較多,進(jìn)一步提高的余地非常有限。從1993 年,在機(jī)床進(jìn)給上就開(kāi)始應(yīng)用直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng),它是高速高精加工機(jī)床尤其是大型機(jī)床更理想的驅(qū)動(dòng)方式。現(xiàn)在所使用直線(xiàn)電機(jī)的高速高精加工機(jī)床快移速度已達(dá)到208m/min,加速度2g(mazak的hmcf3-660l加工中心的水平),且還有發(fā)展余地。
直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是: ①.高剛度。直線(xiàn)電機(jī)直接和負(fù)載連接,沒(méi)有間隙,有著更高的動(dòng)態(tài)剛度。②.更寬的速度范圍。現(xiàn)代電機(jī)技術(shù),非常容易實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速,速度變化范圍可達(dá)1:10000以上。比如,美國(guó)科爾摩根公司的ddl永磁直線(xiàn)電機(jī)高速大于5m/s,低速是1μm/s。③.加速特性好、運(yùn)動(dòng)慣量小、有更高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。④.運(yùn)行平穩(wěn),位置高(基本上取決于位置反饋檢測(cè)元件)。⑤.無(wú)行程限制。若采用模塊結(jié)構(gòu),可以接長(zhǎng)適應(yīng)不同行程的要求。如采用直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng),就省去了一切中間的機(jī)械傳動(dòng),就可以從根本上減小機(jī)械摩損與傳動(dòng)誤差,減少維護(hù)工作。⑥.軌跡誤差小,高速下就可獲得良好的定位。直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)正好彌補(bǔ)了滾珠絲杠傳動(dòng)的不足,與滾珠絲杠傳動(dòng)相比,其速度提高了30倍,加速度提高了10倍,可達(dá)10g,剛度可提高7倍,響應(yīng)頻率達(dá)100hz左右。
相應(yīng)直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)也存在著一些缺點(diǎn)及問(wèn)題,除了控制難度大外,還存在強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的磁干擾;影響了滾動(dòng)從而導(dǎo)軌副的壽命,而且給排屑、裝配以及維修帶來(lái)了困難。發(fā)熱大、散熱條件差;需要解決散熱、隔磁、自鎖和移動(dòng)部件輕量化等多方面的問(wèn)題,才能在機(jī)床上實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)成本較高也影響它的推廣應(yīng)用。交流直線(xiàn)伺服電機(jī)也有感應(yīng)式和同步式兩大類(lèi)。同步式因?yàn)樾矢摺⑼屏γ芏却蟆⒖煽匦院玫葍?yōu)點(diǎn),現(xiàn)在已成為機(jī)床用直線(xiàn)電機(jī)的主流。像美國(guó)ingersoll 銑床公司生產(chǎn)的hvm800高速臥式加工中心,x、y、z三軸都采用了永磁同步直線(xiàn)伺服電機(jī),進(jìn)給速度可達(dá)到76.2m/min,加速度為1.5g。
在高速高精加工機(jī)床領(lǐng)域,直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)雖然還會(huì)并存很長(zhǎng)一段時(shí)間,但是總趨勢(shì)是直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所占比重會(huì)越來(lái)越大,未來(lái)可能成為此種機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的主流。現(xiàn)在世界各國(guó)的機(jī)床制造商(例如以發(fā)展?jié)L珠絲杠驅(qū)動(dòng)著稱(chēng)的日本mazak公司和韓國(guó)的大宇公司)都推出了直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)床。這表明直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)在高速高精加工機(jī)床上的應(yīng)用已進(jìn)入加速增長(zhǎng)期。
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