用于直接驱动机床主轴大推力圆筒型永磁直线电机研究

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1、2014年5月机床与液压Mav2014第42卷第9期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．42No．9DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．09．018用于直接驱动机床主轴的大推力圆筒型永磁直线电机的研究赵升吨，梁锦涛，赵永强(1．西安交通大学机械工程学院，陕西西安710049；2．陕西X_v-学院机械工程学院，陕西汉中712300)摘要：根据机床主轴进给性能指标的要求，计算圆筒型永磁直线电机的主要尺寸参数，然后通过有限元分析对电机的输出性能进行优化。最后设计基于各相独立电流环控制的控制方案，完成机床主轴直线电机进给系统的总体设计。设

2、计的大推力圆筒型永磁直线电机能实现机床主轴的直接进给驱动，具有效率高，精度高，动态响应快等优点。关键词：圆筒型永磁直线电机；主轴进给；有限元分析；各相独立电流环中图分类号：TM359．4文献标识码：A文章编号：1001—3881(2014)9—066—5ResearchonLargeThrustTubularPermanentMagnetLinearMotorforDirect·DrivingMachineToolSpindleZHAOShengdun，LIANGJintao，ZHA0Yongqiang’(1．SchoolofMechanicalEngineering，Xi’a

3、nJiaotongUniversity，Xi’anShaanxi710049，China；2．SchoolofMechanicalEngineering，ShaanxiUniversityofTechnology，HanzhongShaanxi712300，China)Abstract：Accordingtothefeedingperformancerequirementofthemachinespindle，themaindimensionalparametersofthetu—bularpermanentmagnetlinearmotorwerecalculatedfirs

4、tly，andthenthroughfiniteelementanalysis(FEA)，outputperformancesofthemotorwereoptimized．Finallythecontrolschemebasedonindependentphasecurrentcontrolloopwasproposed，SOthatthewholedesignoflinearmotorfeedingsystemofthemachinetoolwasaccomplished．Thedesignedlargethrusttubularpermanentmagnetlinearm

5、otorcanachievelinearfeedingdriveofthemachinespindle，whichexhibitsexcellentcharacteristicsofhigheficient，highprecisionandfastdynamicresponse，andSOon．Keywords：Tubularpermanentmagnetlinearmotor；Spindlefeeding；Finiteelementanalysis；Independentphasecurrentcontrolloop目前机床主轴轴向进给运动通常由“旋转电轴线地固定在机床机身上

6、，利用电机定子和动子之间机+滚珠丝杠”的方式实现，这种传动方式由于反产生的电磁推力带动主轴实现轴向进给运动。向死区效应、扭转刚度低、传动误差大、摩擦磨损严与平板式永磁直线电机相比，TPMLM没有端部重、弹性变形引起低速爬行等等，使得加速度、速绕组，铜耗低且不存在横向边端效应。另外，主轴度、精度等关键指标均无法达到现代高速高精度的加进给运动需要实现大推力加载和快速回程，因此工要求。随着高性能磁性材料、新型电机拓扑结构及TPMLM的工作特性包含恒推力区域和恒功率弱磁升现代先进控制算法的发展，利用直驱式永磁电机作为速区域。下面以TK611型数控镗铣床主轴实现直接驱动源能够取消进给系统

7、的一切中间传动机构，提高轴向进给为对象，对其大推力TPMLM的设计与控制进给系统的传动效率和动态响应性能。平板式永磁直进行研究。线同步电机已经大量应用在机床工作台上，以实现1主轴驱动直线电机的结构设计、l，、z三轴进给的直接驱动，使工作台最高进TPMLM的拓扑结构包括动圈式和动磁式，动圈给速度可达到100～300m／min，最大进给加速度可式TPMLM功率因数和效率较高，但对于行程较大的达到2～10g。电机存在线圈供电和散热困难的问题。因此设计动磁与平板式永磁直线电机直接驱动机床工作台相式T