机电技术发展动向解读.ppt

与滚珠丝杠传动相比，直线电机直接驱动的优点是: 1.高刚度 直线电机直接和负载连接，没有间隙，有更高的动态刚度。 2.更宽的速度范围 现代电机技术，很容易实现宽调速，速度变化范围可达, 1:10000以上。例如，美国科尔摩根公司DDL永磁直线电机高速大于5m/s，低速1μm/s。 3.加速特性好、运动惯量小、有更高动态响应性能。 4.运行平稳，位置精度高(基本上取决于位置反馈检测元件)。 5.无行程限制。 6.采用模块结构, 可接长适应不同行程要求。 7.采用直线电机直接驱动 8.省去了一切中间机械传动，从根本上减小了机械摩损与传动误差，减少维护工作。 9.轨迹误差小，高速下可获得良好的定位精度。直线电机直接驱动的优点正好弥补滚珠丝杠传动的不足，与滚珠丝杠传动相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大达10g，刚度提高7倍，最高响应频率达100Hz。 直线电机直接驱动也存在一些缺点和问题，除控制难度大(中间没有缓冲环节和存在端部效应)外，还存在强磁场对周边产生磁干扰，影响滚动导轨副的寿命，同时给排屑、装配、维修带来困难，以及发热大、散热条件差。需解决散热、隔磁、足够的推力、自锁和移动部件轻量化等方面的问题，才能在机床上实际应用，同时成本较高也影响其推广应用。目前这些问题都已得到不同程度的解决，采用者愈来愈多。交流直线伺服电机也有感应(异步)式和同步式两大类，同步式(次级为永久磁钢)由于效率高、推力密度大、可控性好等优点，尽管其对隔磁防尘要求较高和装配较困难，现在也已成为机床用直线电机的主流。例如，美国Ingersoll铣床公司生产的HVM800高速卧式加工中心，X、Y、Z三轴都采用永磁同步直线伺服电机，最大进给速度可达76.2m/min，最大加速度1.5g。 在高速高精加工机床领域，直线电机驱动和滚珠丝杠驱动虽然还会并存相当长一段时间，但总的趋势是直线电机驱动所占比重会愈来愈大，将来很有可能成为此种机床进给驱动的主流。现在世界各国的知名机床制造商(比如以发展滚珠丝杠驱动闻名于世的日本Mazak公司和韩国的大宇公司)都纷纷推出直线电机驱动的机床，而德国的DMG公司，2001年便已销售装有直线电机的机床约1000台。种种迹象表明，直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。 五轴高速加工中心的发展动向 近十多年来，由于刀具、驱动、控制和机床等技术的不断进步，高速加工和高效加工，特别是高速硬铣已在模具制造业中得到了广泛应用和推广，传统的电火花加工在很多场合已被高速硬铣所替代。通过高速硬铣对一次装夹下的模具坯件进行综合加工，不仅大大提高了模具的加工精度和表面质量，大幅度减少了加工时间，而且简化了生产工艺流程，从而显著缩短了模具的制造周期，降低了模具生产成本。 高速加工中心不断提高的工作性能是模具制造业得以高效和高精度加工模具的重要前提。近年来，在驱动技术的推动下，涌现出结构创新、性能优良的众多不同类型的高速加工中心。90年代中后期出现的三轴高速加工中心现已发展到五轴高速加工中心。在驱动方式上，已从直线运动（X/Y/Z轴）的伺服电机和滚珠丝杠驱动发展到目前的直线电机驱动，回转运动（A和C轴）采用了直接驱动的转矩电机，有的公司并通过直线电机和转矩电机使加工中心发展成全采用直接驱动的五轴加工中心。显著提高了加工中心的行程速度、动态性能和定位精度。 从高速加工中心不断创新的过程中可以看出，充分利用当今技术领域里的必威体育精装版成就，特别是利用驱动技术和控制技术的必威体育精装版成果，是不断提高加工中心高速性能、动态特性和加工精度的关键。 电主轴 高速电主轴是高速加工中心的核心部件。在模具自由曲面和复杂轮廓的加工中，常常采用2～12mm较小直径的立铣刀，而在加工铜或石墨材料的电火花加工用的电极时，要求很高的切削速度，因此，电主轴必须具有很高的转速。目前，加工中心的主轴转速大多在18000～42000r/min，瑞士Mikro的高速加工中心XSM400U/XSM600U其主轴转速已达54000 r/min。而对于模具的微细铣削（铣刀直径一般采用0.1～2mm），则需要更高的转速。如德国Kugler公司的五轴高精度铣床，其最高主轴转速达160000 r/min（采用空气轴承），这样的高转速，当采用0.3mm直径的铣刀加工钢模时，就可达到150m/min的切削速度。目前，德国Fraunhofer生产技术研究所正在开发转速为300000 r/min的空气轴承支撑的主轴。 直线电机 由于这种直线驱动免去了将回转运动转换为直线运动的传动元件，从而可显著提高轴的动态性能、移动速度和加工精度。 采用直线电机驱动的机床可显著提高生产率。例如在加工电火花加工