分析加工機床領域伺服電機技術的發(fā)展與優(yōu)缺點
出處:xufr 發(fā)布于:2011-09-02 17:59:03
主要有傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)伺服電機和精密高速滾珠絲杠”和新型的“直線電機直接驅(qū)動”兩種類型的高速高精加工機床的進給驅(qū)動。
滾珠絲杠由于工藝成熟而廣泛應用,不僅度能達到比較高,且實現(xiàn)高速化的成本也相對比較低,所以現(xiàn)在仍被許多高速加工機床所采用。目前使用滾珠絲杠驅(qū)動的高速加工機床移動速度為90m/min,加速度為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,就會存在彈性變形、摩擦與反向間隙,從而造成運動滯后以及其它非線性的誤差,當前滾珠絲杠副的移動速度和加速度都已提高了比較多,進一步提高的余地非常有限。從1993 年,在機床進給上就開始應用直線電機直接驅(qū)動,它是高速高精加工機床尤其是大型機床更理想的驅(qū)動方式?,F(xiàn)在所使用直線電機的高速高精加工機床快移速度已達到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。
直線電機直接驅(qū)動的優(yōu)點是: ①.高剛度。直線電機直接和負載連接,沒有間隙,有著更高的動態(tài)剛度。②.更寬的速度范圍。現(xiàn)代電機技術,非常容易實現(xiàn)寬調(diào)速,速度變化范圍可達1:10000以上。比如,美國科爾摩根公司的ddl永磁直線電機高速大于5m/s,低速是1μm/s。③.加速特性好、運動慣量小、有更高的動態(tài)響應性能。④.運行平穩(wěn),位置高(基本上取決于位置反饋檢測元件)。⑤.無行程限制。若采用模塊結構,可以接長適應不同行程的要求。如采用直線電機直接驅(qū)動,就省去了一切中間的機械傳動,就可以從根本上減小機械摩損與傳動誤差,減少維護工作。⑥.軌跡誤差小,高速下就可獲得良好的定位。直線電機直接驅(qū)動的優(yōu)點正好彌補了滾珠絲杠傳動的不足,與滾珠絲杠傳動相比,其速度提高了30倍,加速度提高了10倍,可達10g,剛度可提高7倍,響應頻率達100hz左右。
相應直線電機直接驅(qū)動也存在著一些缺點及問題,除了控制難度大外,還存在強磁場對周邊環(huán)境產(chǎn)生的磁干擾;影響了滾動從而導軌副的壽命,而且給排屑、裝配以及維修帶來了困難。發(fā)熱大、散熱條件差;需要解決散熱、隔磁、自鎖和移動部件輕量化等多方面的問題,才能在機床上實際應用。同時成本較高也影響它的推廣應用。交流直線伺服電機也有感應式和同步式兩大類。同步式因為效率高、推力密度大、可控性好等優(yōu)點,現(xiàn)在已成為機床用直線電機的主流。像美國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伺服電機,進給速度可達到76.2m/min,加速度為1.5g。
在高速高精加工機床領域,直線電機驅(qū)動和滾珠絲杠驅(qū)動雖然還會并存很長一段時間,但是總趨勢是直線電機驅(qū)動所占比重會越來越大,未來可能成為此種機床進給驅(qū)動的主流?,F(xiàn)在世界各國的機床制造商(例如以發(fā)展?jié)L珠絲杠驅(qū)動著稱的日本mazak公司和韓國的大宇公司)都推出了直線電機驅(qū)動的機床。這表明直線電機驅(qū)動在高速高精加工機床上的應用已進入加速增長期。
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