微细电火花加工工具电极夹持用音圈电机结构优化设计

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1、设计·研究《电加工与模具)2013年第5期微细电火花加工工具电极夹持用音圈电机结构的优化设计张明玮，白基成，王燕青(哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：基于蠕动进给原理的微细电火花加工主轴装置中，微细工具电极夹持用音圈电机需随主轴装置旋转，即需将音圈电机置入旋转主轴中，且需尽量减小电机体积，同时增大其出力。以电磁场计算为基础。基于ANSYSAPDL语言建立音圈电机有限元模型，利用ANSYS优化模块对音圈电机结构进行优化设计。根据优化设计尺寸研制了一台音圈电机样机，通过对样机的出力

2、测试，验证了设计的合理性。关键词：音圈电机；电磁场计算；有限元；ANSYS中图分类号：TG661文献标识码：A文章编号：1oC19一．279X(2013)05—0001—04OptimalDesignonStructureofElectromagneticDriverUsedforHoldingMicroToolElectrodeZhangMingwei，BaiJicheng，WangYanqing(HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abstr

3、act：IntheEDMquillbasedonthecreepfeeding~nciple，thevoicecoilmotorwhichwasusedforholdingthemicrotoolelectrodewasrequiredtosettleinthespinningspindle．Sothevolumeofthemotorwasrequiredtobeminimizedandtheoutputforcewasrequiredtomaximize．Thefiniteelementmodelwa

4、ssetupandthemotorwassimulatedwiththehelpofANSYSAPDLlanguagebasedonthecalculationoftheelectromagneticfield．TheoptimizingmoduleinANSYSwasusedfortheoptimaldesignofthevoicecoilmotor．Aprototypewasdesignedandmadebasedontheresultsofthecalculation．Therationality

5、ofthedesignwasvalidatedbythetestoftheoutputforce．Keywords：voicecoilmotor；electromagneticfieldcalculation；finitedement；ANSYS在用蠕动进给原理【】进行电极丝损耗补偿的微定音圈电机结构方案及最优尺寸。并依据优化设计细电火花加工主轴装置中，微细工具电极夹持模块尺寸试制了新型的音圈电机，实现对微细工具电极是重要的组成部分。需要按照一定的控制时序要求的可靠夹持及释放。对工具电极进行实时夹持及释

6、放；该装置所应用的1音圈电机结构形式及比较工具电极夹持音圈电机与普通的电磁驱动器有所不同，对其大出力、体积小型化提出了更高的要求，根据音圈电机的设计要求，音圈电机需要随主且该音圈电机能在旋转工况下工作。本课题依据音轴一起旋转，故使用轴对称筒形结构，共有轴向充圈电机新的使用特性要求，首先确定了音圈电机结磁式、径向充磁式和聚磁式3种磁路结构供选择[21，构方案，并对其出力等特性进行仿真分析，合理确其结构分别见图l图3。轴向充磁式和径向充磁式磁路结构是两种传收稿日期：2013—05—28统的磁路结构。轴向充磁

7、工艺简单：成本低；而完整基金项目：国家自然科学基金资助项目(51175120)；江苏省科技支磁环的径向充磁工艺复杂，成本高。所以大多采用撑计划资助项目(BE201248)第一作者简介：张明玮，男，1989年生，硕士研究生。瓦型永磁体来代替。径向充磁式音圈电机的磁钢直一1一设计·研究《电加工与模具)2o13年第5期通过研究发现，在聚磁式结构径向充磁磁环下兼顾最大磁感应强度、长度和高度等。在优化初始面加一个非导磁材料制成的隔磁环，将径向磁环与过程中发现，优化结果使气隙面积变得很大，有效轴向磁环分隔开，这样不

8、仅能减小漏磁，更能使气线圈长度也变得很大，而磁感应强度变得较小，这隙磁场均匀。大大改善出力的平稳性。其结构见图样，音圈电机虽然作用力很大，但线圈质量也很大，7．气隙磁场随轴向位移的变化见图8。磁能利用率很低，发热严重。因此，需对气隙中的磁感应强度进行限制。另外，所用的永磁体材料钕铁线圈支架硼价格较贵，为节省成本，且满足作用力的要求，优一线圈化以永磁体体积为目标函数。最大磁感应强度、直径、高度、气隙中的磁感应径向充磁永磁体强度、力常数BL都是