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直线电机“零传动”在机床进给系统中的应用优越

在机床进给系统中采用直线电机直接驱动,与原旋转电机传动方式的最大区别是取消了从电机到工作台(拖板)之间的机械中间传动环节,即把机床进给传动链的长度缩短为零,故这种传动方式称为“直接驱动”,也称“零传动”。直接驱动避免了丝杆传动中的反向间隙、惯性、摩擦力和刚性不足等缺点。直线电机系统的开发应用,引起机床行业的传统进给机械结构发生突变;通过先进的电气控制,不仅简化了进给机械机构,更重要的是使机床的性能指标得到很大提高,主要表现在一下几个方面:   

(1)高速响应性
          一般来讲机械传动件比电气元器件的动态响应时间要大几个数量级。由于系统中取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件,使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高,使反应异常灵敏快捷。
(2)高精度性
        由于取消了丝杠等机械传动机构,因而减少了插补时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制,可大大提高机床的定位精度。
(3)传动刚度高、推力平稳
      “直接驱动”提高了其传动刚度。同时直线电机的布局,可根据机床导轨的形面结构及其工作台运动时的受力情况来布置。通常设计成均布对称,使其运动推力平稳。
(4)速度快、加减速过程短
         直线电机最早主要用于磁浮列车(时速可达500km/h),现在用于机床进给驱动中,要满足其超高速切削的最大进给速度(要求达60~100m/min或更高)当然是没问题的。也由于“零传动”的高速响应性,使其加减速过程大大缩短,从而实现起动时瞬间达到高速,高速运行时又能瞬间准停。加速度一般可达到2~10g(g=9.8m/s2)。
(5)行程长度不受限制
          在导轨上通过串联直线步进电机的定件,就可无限延长动件的行程长度。
(6)运行时噪声低
          由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦,而其导轨副又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨(无机械接触),使运动噪声大大下降。
(7)效率高
          由于无中间传动环节,也就取消了其机械摩擦时的能量损耗。   

(8)采用全闭环控制系统   

          由于直线电机的动子已经和机床的工作台合二为一,因此,与滚珠丝杠进给单元不同,直线电机进给单元只能采用全闭环控制系统。  

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