特种电机的应用

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1、直线电机及其在高精密机械加工方面的应用中国工程大学030940031任逍遥摘要：直线电机也称线性电机，线性马达，直线马达，推杆马达在实际工业应用中的稳定增长，证明直线电机可以放心的使用。最常用的直线电机类型是平板式和U型槽式，和管式。线圈的典型组成是三相，有霍尔元件实现无刷换相•直线电机在过去的10年，经实践上引人注目的增长和工业应用的显著受益才真正成熟。关键词:直线电机构造应用一•肓线电机是一种将电能肓:接转化成直线运动机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置由于采用了“零传动”・从而轻传统传动方式有明显的忧势.如结掏简单、无接触、无磨损、噪声低、速度快、精度高等近年來.随着工业加工质量和

2、运动定位精度等要求的提高.直线电机受到了广泛的关注在国外.直线电机驱动技术己进入工业化阶段，特别是在高速精密加工中已经有了广泛应用.但国内尚处于起步阶段基于此，木文就直线电机驱动系统的结构、特点以及在高速精密1J1T2I?中的应用作简要介绍二.直线电机直线电机是将传统的旋转电机沿径向切开，并展成平面而成，如图1所示在实酝应甩时，蒋初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与扶级之间的耦合保持不变直线电机可以是短初级长趺级.也可以是长初级短状级考虑劃制造成本、运行费用，目前一般均采用掰韧级长状级。由定子演变而來的一侧称为韧级，由⑧围1ni旋转电机演变为直线电机的过程转子演变f来的一

3、例稚为次级直线电机不倪在结构上相当干从旋转电机演变而来,fii且其基本原理也与旋转电机相似，在直线电机的三栩绕组中通人相对称正弦电流后，将产牛气隙磁场当不考虑铁心两端开断引起的纵向边端效应，此气骥磁场与旋转电机的相似.可看成是沿直线运动方向呈正弦形分布•三相电流随时闻变化时，气橡磁场将沿直线运动这个磁场与永避体的励磁磁场相互作用产生电磁推力由于次级固定不动.动子便会沿行波磁场运动的朔反方向作直线运动，其运动速度为同步转速.三•育•线电机肓接驱动系统与传统肓线伺服机构的对比传统直线伺服机构是典型的旋转电机加卜滚珠丝杠•直线电机直接驱动系统取消了中间传动环节.简化了机械结构，具有优越的加减速度特

4、性，并提高了系统刚度与可靠性.同时具有降低了运行噪音、行程无限制、维护简单等优点直接驱动系统与传统直线伺服结构性能对比•如表1所示.四.育•线电机在高速、高精密机械加工中的应用采用滚珠丝杠的机床进给系统所能达到韵最高的快速进蛤速度为50-60re/rain.工作进给速度为30--A0nr，mm;般认为，这种结构的最高加速度很难突破lg(Jg为98m/sz)・通常只有f0・1~0・3)g.显然远远满足不了超高速机床的需要要获得高的进给速度和进给加速度，只有采用直线电机直接驱动的形式世界上最早使用直线电机肓接驱动的机床是由德国Exceilo公司于1993年生产的设备.直线电机肓接驱动与传统肓线驱

5、动系统的对比XHC240型高速加工中心，其三个坐标方向上都采用了交流感应式直线电机，进给速度达60m/mim,加速度为lg,当进给速度为20m/min时，加工精度达到

6、4m［6］。几乎与此同时，美国Ingersoll公司也研制成功HVM800加工中心，其三个坐标轴上采用了美国Anoracl公司生产的永磁式直线电机，进给速度最高达76.2m/min,进给加速度为［(1-1.5)g〃］。直线电机在高速加工中心上的成功应用，轰动了国际机床界，于是，各国纷纷研制带直线电机的机床。尽管目前还不知道直线电机能在多大程度上取代“旋转电机+滚珠丝杠”，但在高速、超高速机床上使用直线电机作进给驱动的优势是明显

7、的°Robc~的研究表明：直线电机的进给速度可以比“旋转电机+滚珠丝杠”的高几十倍，加速度可达10g以上，传动刚度可提高数倍［8j。因此，直线电机的发展与应用使金属切削机床在速度上进入了一个新高度。迄今为止，直线电机在机床上的应用主要是在高速、超高速机床上。最近，德国的BrticklS.等人开展了将直线电机用于超精加工机床进给驱动系统的研究工作，他们在同一台亚微米车床上分别装上永磁直线同步电机(PMLSM:PermanentMagnetLinearSynchronousMotors)和带精密滚珠丝杠的永磁同步旋转伺服电机进行了对比实验研究［9•］。他们的研究结果表明直线电机非常适合超精密加工

8、机床。最近，浙江大学研制了一种由盲线电机驱动的冲压机。日木ATDA公司开发了采用直线电机直接驱动的小型精密零件加工用L—SF型新型成形压力机…］。口本山IUDOBBY公司与FANUC公司协作共同实施智能型高精度直线电机驱动压力机实用化研究m］。该压力机使用了示教式数控自动补偿技术，在实际加工时，下死点精度可控制在51xm之内。直线电机在电火花机床上的应用是直线电机的又一重要应用领域［13］。日木SODICK公