數(shù)控系統(tǒng)伺服電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展動向
| 。而高速電主軸單元技術(shù)是制約我國超高速加工技術(shù)的瓶頸。為了趕上高速加工技術(shù)發(fā)展的潮流，我國正在不斷加大對超高速加工關(guān)鍵功能部件—電主軸單元的研究力度。目前，國家高效磨削工程技術(shù)研究中心承擔(dān)了國家“十五”攻關(guān)計劃課題“高速主軸單元的研究開發(fā)與應(yīng)用”，正在為提升我國的電主軸單元技術(shù)水平而不斷努力。 以直線電動機(jī)直接驅(qū)動的直線伺服進(jìn)給技術(shù)已趨成熟 高速高精加工機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動，主要有傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)＋精密高速滾珠絲杠”和新型的“直線電機(jī)直接驅(qū)動”兩種類型。 滾珠絲杠由於工藝成熟，應(yīng)用廣泛，不僅精度能達(dá)到較高(ISO3408 1級)，而且實現(xiàn)高速化的成本也相對較低，所以迄今仍為許多高速加工機(jī)床所采用。當(dāng)前使用滾珠絲杠驅(qū)動的高速加工機(jī)床******移動速度90m/min，加速度1.5g。但滾珠絲杠畢竟是機(jī)械傳動，從伺服電機(jī)到移動部件間有一系列機(jī)械元件，勢必存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應(yīng)造成運動滯后和其它非線性誤差，目前滾珠絲杠副的移動速度和加速度已提高較多，再進(jìn)一步提高的余地有限。自1993年，在機(jī)床進(jìn)給上開始應(yīng)用直線電機(jī)直接驅(qū)動，它是高速高精加工機(jī)床特別是其中的大型機(jī)床更理想的驅(qū)動方式。目前使用直線電機(jī)的高速高精加工機(jī)床******快移速度已達(dá)208m/min，加速度2g(Mazak的HMCF3-660L加工中心的水平)，并且還有發(fā)展余地。 與滾珠絲杠傳動相比，直線電機(jī)直接驅(qū)動的優(yōu)點是: ·高剛度 直線電機(jī)直接和負(fù)載連接，沒有間隙，有更高的動態(tài)剛度。 ·更寬的速度范圍 現(xiàn)代電機(jī)技術(shù)，很容易實現(xiàn)寬調(diào)速，速度變化范圍可達(dá),1:10000以上。例如，美國科爾摩根公司DDL永磁直線電機(jī)高速大于5m/s，低速1μm/s。 ·加速特性好、運動慣量小、有更高動態(tài)響應(yīng)性能。 ·運行平穩(wěn)，位置精度高(基本上取決于位置反饋檢測元件)。 ·無行程限制 采用模塊結(jié)構(gòu), 可接長適應(yīng)不同行程要求。 ·采用直線電機(jī)直接驅(qū)動 省去了一切中間機(jī)械傳動，從根本上減小了機(jī)械摩損與傳動誤差，減少維護(hù)工作。 l軌跡誤差小，高速下可獲得良好的定位精度。 直線電機(jī)直接驅(qū)動的優(yōu)點正好彌補(bǔ)滾珠絲杠傳動的不足，與滾珠絲杠傳動相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，******達(dá)10g，剛度提高7倍，最高響應(yīng)頻率達(dá)100Hz。 直線電機(jī)直接驅(qū)動也存在一些缺點和問題，除控制難度大(中間沒有緩沖環(huán)節(jié)和存在端部效應(yīng))外，還存在強(qiáng)磁場對周邊產(chǎn)生磁干擾，影響滾動導(dǎo)軌副的壽命，同時給排屑、裝配、維修帶來困難，以及發(fā)熱大、散熱條件差。需解決散熱、隔磁、足夠的推力、自鎖和移動部件輕量化等方面的問題，才能在機(jī)床上實際應(yīng)用，同時成本較高也影響其推廣應(yīng)用。目前這些問題都已得到不同程度的解決，采用者愈來愈多。 交流直線伺服電機(jī)也有感應(yīng)(異步)式和同步式兩大類，同步式(次級為永久磁鋼)由于效率高、推力密度大、可控性好等優(yōu)點，盡管其對隔磁防塵要求較高和裝配較困難，現(xiàn)在也已成為機(jī)床用直線電機(jī)的主流。例如，美國Ingersoll銑床公司生產(chǎn)的HVM800高速臥式加工中心，X、Y、Z三軸都采用永磁同步直線伺服電機(jī)，******進(jìn)給速度可達(dá)76.2m/min，******加速度1.5g。 在高速高精加工機(jī)床領(lǐng)域，直線電機(jī)驅(qū)動和滾珠絲杠驅(qū)動雖然還會并存相當(dāng)長一段時間，但總的趨勢是直線電機(jī)驅(qū)動所占比重會愈來愈大，將來很有可能成為此種機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動的主流。現(xiàn)在世界各國的知名機(jī)床制造商(比如以發(fā)展?jié)L珠絲杠驅(qū)動聞名于世的日本Mazak公司和韓國的大宇公司)都紛紛推出直線電機(jī)驅(qū)動的機(jī)床，而德國的DMG公司，2001年便已銷售裝有直線電機(jī)的機(jī)床約1000臺，2002年要翻番，計劃為2000臺。種種跡象表明，直線電機(jī)驅(qū)動在高速高精加工機(jī)床上的應(yīng)用已進(jìn)入加速增長期。 |
