直线电机在高速龙门加工中心上的应用
直线电机发展应用综述(一)(一)

直线电机在数控机床上的应用综述所在学院:机械工程学院学科专业:机械工程学生:解瑞建学号:********指导教师:***天津科技大学机械工程学院二零一二年十二月二十七日摘要简述了直线电机工作原理及其驱动技术,并且举例说明了直线电机直接驱动与传统数控机床“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的传动方式对比具有很大的优势。
利用直线电机结构简单、运动平稳、噪声小、运动部件摩擦小、磨损小、使用寿命长、安全可靠性等特性,采用直线电机的开放式数控系统使机床驱动控制技术获得新发展。
介绍几个直线电机应用的实例,指出直线电机进给驱动技术将是高速机床未来的发展方向。
关键词:直线电机数控机床驱动控制高速机床0 引言数控机床正在向高精密、高速、高复合、高智能和环保的方向发展。
高精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求:更高的动态特性和控制精度,更高的进给速度和加速度,更低的振动噪声和更小的磨损。
在传统的传动链中,作为动力源的电动机要通过齿轮、蜗轮副,皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节才能将动力送达工作部件。
在这些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。
虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提高,但问题很难从根本上解决,于是出现了“直接传动”的概念,即取消从电动机到工作部件之间的各种中间环节。
随着电机及其驱动控制技术的发展,电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟,使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实,并日益显示出巨大的优越性。
直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用,使机床的传动结构出现了重大变化,并使机性能有了新的飞跃。
图0 SUPT Motion公司生产的一种直线电机1直线电机1.0直线电机的发展史直线电机的发展史1840年Wheatsone开始提出和制作了略具雏形的直线电机。
从那时至今,在160多年的历史中,直线电机经历了三个时期。
1840~1955年为探索实验时期:从1840年到1955年的116年期间,直线电机从设想到实验到部分实验性应用,经历了一个不断探索,屡遭失败的过程。
15-直线电机在机床工业中的最新应用及技术分析

・2・《机床与液压》2004.No.6的生产量。
当今世界最优秀的超高速机床,可能要数日本Mazak公司开发的HMC乃一660L了(见图1)。
主轴可在1.6s秒内从0加速到20000r/min;由GEFANUc直线电机驱动三轴,快移速度高达208m/min,加速度3.29,各轴在120m/min速度下进行高速加工,换刀时间只有2.4s“。
我国广东工业大学开发了感应宜线电机驱动的高速加工中心GD一3型,额定进给力2000N,最高速度达100In/min,定位精度达4“m”1o2003年4月,在北京举行的cIMT2003中国国图lMzak的HMc际机床展览会上,德国F3—660LGROB公司展出BZ500L高速卧式加工中心,主轴转速18000r/min,直线电机驱动x、Y、z三轴,行程均为630mm,快移速度120n∥min,加速度分别为19、1.29、3.49,换刀时间只有2.5s;直线电机由siemens制造。
参展的还有德国DMG公司的DMc64V立式加工中心,EMAG公司的VG110Ds立式车磨中心,都使用了直线电机驱动技术。
北京机电研究院展出了一台立式高速加工中心,直线电机驱动x、Y轴,快移速度60In/IIlin。
类似这些高速加工中心,代表着先进制造技术的未来发展方向。
2直线电机驱动超精密机床及其它机床尖端技术、微电子工业等离不开精密和超精密加工(uhraprecisioncutting)技术,如制造微型机器人,陀螺仪,大型太空望远镜的镜面,大规模集成电路、芯片等。
现在的超精密加工精度已经达到百分之几微米。
可采用液体静压轴承或空气静压轴承主轴,空气静压导轨,国际上空气导轨的直线度可达0.1一O.2仙n∥(250mm)。
直线电机用于超精密加工机床,可以获得很好的效果。
如美国Precitech公司的Nanofolm200,是两轴的超精密数控仿形机床,机床用的直线电机是M啊Automation公司制造,主要加工大型太空望远镜的镜面,使用金刚石刀具,压电晶体误差补偿技术,加工精度达到0.025斗m,获得镜面效果;速度范围大,在lu皿/s低速下无爬行。
直线电机在数控机床中的应用及其控制算法与常见问题

直线电机在高速数控机床中的应用摘要: 高速切削加工是伴随着生产发展和科技进步而出现的一项先进制造技术,快速进给系统是其重要组成部分。
本文介绍了直线电机在高速进给机构中的巨大优势及其应用历史与现状,讨论了直线电机进给机构的伺服控制技术以及其常见问题。
关键词:直线电机;控制算法;高速进给Abstract:High-speed machining, which appears with the development of industry and the improvement of technology, is an advanced manufacturing technology andhigh-speed feed system is one of the most important components of it. The article presents the past and present applications and the great advantages of linear motor, discusses the servo control technology and the common problems of the linear motor feeding device.Keywords: Linear motor; Control algorithm; High speed1引言随着国防、航天、汽车、微电子等高技术行业不断发展,对制造加工业提出了更高的要求,超高速加工和超精密加工成为未来机床业发展的两个主题。
传统的机床进给驱动系统是“旋转电机+滚珠丝杠”机构。
这种驱动系统涉及的中间部件多,运动惯量大,而且滚珠丝杠本身具有物理局限性,因此产生的线性速度、加速度及定位精度均有限,不能满足超高速、高精密加工的需要;于是直线电机受到人们关注,它直接产生直线运动,结构简洁,运动惯量小,系统刚度高,快速响应特性好,高速情况下能实现精密定位,产生推力大,尤其运动速度、加速度高于滚珠丝杠的若干倍,工作行程可以无限长,维护少、寿命长。
线性马达在机床上的应用与展望

线性马达在机床上的应用与展望导语:随着电子技术突飞猛进的发展,高速度多功能的或专用的微处理器及信号处理器的大量涌现(如DSP),直线电机在机床领域的应用迎来了它的高潮。
介绍直线电机在高速和超高速加工、超精密加工和异形截面加工等方向的应用。
1前言随着电子技术突飞猛进的发展,高速度多功能的或专用的微处理器及信号处理器的大量涌现(如DSP),直线电机在机床领域的应用迎来了它的高潮。
从1996年的美国芝加哥机床展览会IMTS`96,日本第18届国际机床展览会,到1999年巴黎国际EMO博览会等一系列国际有影响的展览会上,美国的Ingerellmilling公司,德国的西门子(IFNI),日本三精公司,美国的Kollmorgen公司等国际知名企业向人们展示了直流电机应用于各类机床的强大的魅力,这预示着直线电机开辟的新时代已经到来。
2在机床领域的应用2.1在高速与超高速精密加工中的应用为了提高生产效率和改善零件的加工质量而发展起来的高速和超高速加工,现在已成为机床发展的一个重大趋势。
一个反应灵敏、高速轻便的驱动系统,速度要提高到40-50m/min以上,加减速也要求提高到25-50m/s2,传统的“旋转电机+滚轴丝杠”的传动形式显然是不行的,这是由它自身的弱点决定的,因为中间传动环节的存在首先使刚度降低,弹性变形可使系统的阶次变高,从而系统的鲁棒性降低,伺服性能下降。
弹性变形更是数控机床产生机机械谐振的根源。
其次中间传动环节的存在,增加了运动体的惯量,使得位移和速度响应变慢。
另外诸如间隙死区、摩擦、误差积累等因素,使得这种传统的方式所能达到的最高进给速度为30m/min,加速度仅3m/s2。
而直流电机直接驱动所具有的优点则恰恰可以弥补传统传动方式的不足,其速度是滚轴丝杆副的30倍;加速度是滚轴丝杆副的10倍,最大可达10g,刚度提高了7倍;另外,直线电机直接驱动工作台,所以无反向工作死区;由于电枢惯量小,所以由其构成的直线伺服系统可以达到较高的频率响应(如100Hz)。
直线电机工作原理,特点及应用(数控大作业)

《数控技术》大作业二1.综述直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开,并将电机的圆周展开成直线而形成的。
其中定子相当于直线电机的初级,转子相当于直线电机的次级,当初级通入电流后,在初次级线圈之间的气隙中产生行波磁场,在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力,从而实现运动部件的直线运动。
直线电机的工作原理设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开,并且展平,这就成了一台直线感应图电动机。
初级做得很长,延伸到运动所需要达到的位置,也可以把次级做得很长;既可以初级固定、次级移动,也可以次级固定、初级移动.通入交流电后在定子中产生的磁通,根据楞次定律,在动体的金属板上感应出涡流。
设产生涡流的感应电压为E,金属板上有电感L和电阻R,涡流电流和磁通密度将(费来明法则)产生连续的推力F。
2.工作原理直线电动机的初级三相绕组通入三相交流电后,就会在气隙中产生一个沿直线移动的正弦波磁场,其移动方向由三相交流电的相序决定,如图所示。
显然该行波磁场的移动速度与普通电机旋转磁场在定子内圆表面的线速度相等。
行波磁场切割次级上的导体后,在导体中感应出电动势和电流,该电流与气隙磁场作用,在次级中产生电磁力,驱动次级沿着行波磁场移动的方向作直线运行,或者利用反作用力驱动初级朝相反的方向运动。
如果改变直线电动机初级绕组的通电相序,即可改变电动机的运行方向。
因此直线电动机可实现往返直线运动。
3.直线电机的特点直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需通过中问任何转换装置的新颖电机,它具有系统结构简单、磨损少、噪声低、组合性强、维护方便等优点。
旋转电机所具有的品种,直线电机几乎都有相对应的品种,其应用范围正在不断扩大,并在一些它所能独特发挥作用的地方取得了令人满意的效果。
直线感应电动机的特点是:结构简单,维护方便;散热条件好,额定值高;适宜于高速运行;能承担特殊任务,如液态金属的运输、加工等。
其缺点是气隙大,功率因数低,力能指标差,低速运行时需采用低频电源,使控制装置复杂。
直线电机伺服系统在制造装备上的控制应用

直线电机伺服系统在制造装备上的控制应用[摘要]近些年,国产高端装备市场份额逐年上升。
在国产装备同级别替代进口装备的行业中,系统性能稳定性竞争日益激烈,直线电机及其驱动系统无疑是高端制造装备的核心器件,在精密贴装,高精度检测,精密测量装备系统中,直线电机伺服系统以其低功耗、高速、高动态响应等优良的系统性能在各种精密装备上应用广泛。
本文主要围绕制造装备直线电机伺服系统控制应用开展深入的研究和探讨。
关键词:伺服系统、直线电机、制造装备、控制应用伴随制造业持续高速发展,各种高端制造装备控制系统控制面临着更高的挑战。
在系统速度与加速度毫秒必争的领域,直线电机伺服系统中的运动控制系统及其系统硬件的设计,对其系统性能整体提升起到至关作用。
ELMO是一款可以适配任意运动、任意控制的驱动器,搭载雅科贝思直线电机系统和雷尼绍光栅尺作为执行机构和位置反馈系统,即形成了一整套直线电机伺服系统的硬件架构。
ELMO的龙门算法是基于MIMO结构,即多输入多输出结构,处理X1/X2/Y轴的输入,图示如下:1. Y center = Y - Y方向当前位置2. X center = (X1+X2)/2 –龙门双驱X方向中心点位置3. θ = (X1-X2) –龙门双驱X方向两个轴的同步位置偏差1、直线电机与驱动选型应用直线电机相比于旋转伺服电机、无丝杆或者减速机、传动齿轮的能耗损失,在选型阶段,我们通常关注直线电机的峰值推力、持续推力、峰值电流、持续电流、配套驱动器选型,需要知道直线电机的力常数,出力电机数量、电机相数、磁极距、负载重量、速度指标、加速度指标、电机峰值推力和持续推力、电机峰值电流、反电动势常数,持续电流等指标,从而进行计算驱动器的母线电压、峰值功率和持续功率。
2、直线电机伺服系统控制应用2.1 直线电机伺服系统2.1.1直线电机伺服系统构建及配线本项目中采用ELMO驱动器作为龙门结构的驱动系统,龙门控制算法采用主从式控制方式,设计两个同型号驱动器驱动两个同型号直线电机,主从轴直线电机全部配置配光栅尺、模拟量编码器[1]。
直线电机在数控机床进给系统中应用现状与趋势

收稿日期:2002204227;修改日期:2002207205作者简介:郜业猛(1974-),男,安徽濉溪人,国防科学技术大学硕士生.第25卷第5期合肥工业大学学报(自然科学版)V o l .25N o .52002年10月JOU RNAL O F H EFE I UN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY O ct .2002直线电机在数控机床进给系统中应用现状与趋势郜业猛, 杨正新, 于世江, 张翊诚(国防科学技术大学机电工程与自动化学院,湖南长沙 410073)摘 要:介绍了直线电机在机床进给系统中应用的进展情况和发展前景;把数字控制的直线电机进给系统与滚珠丝杠进给系统的性能进行了对比,指出了数字控制的直线电机进给系统的优点;在分析了直线电机自身特点的基础上,提出了直线电机在设计和应用中应着重解决磁路设计、控制策略和散热问题;并给出了直线电机进给系统在活塞异形外圆加工上应用的实例。
关键词:高速加工;直线电机;边端效应;异形外圆加工;有限元法中图分类号:TM 359.4 文献标识码:A 文章编号:100325060(2002)0520777205Appl ica tion of l i near m otor to nu m er ica lly con trolledmach i ne tool and the prospectGAO Ye 2m eng , YAN G Zheng 2x in , YU Sh i 2jiang , ZHAN G Y i 2cheng(Co llege of E lectrom echanical Engineering and A utom ati on ,U niversity of Science and T echno logy of N ati onal D efence ,Changsha 410073,Ch ina )Abstract :A pp licati on of the linear m o to r to the m ach ine too l is in troduced as w ell as the p ro spect .A con trast betw een the num erically con tro lled linear m o to r system and the ball bearing 2screw po le sys 2tem is m ade ,and the advan tages of the num erically con tro lled linear m o to r system are po in ted ou t .O n the basis of analyzing the characteristics of the linear m o to r ,the leading p rob lem s in the design and ap 2p licati on of the linear m o to r are given as fo llow s :the design of m agnetic w ay ,the m ean s of con tro l and the b lue po in t of coo ling system .F inally ,an exam p le of the app licati on of the linear m o to r to the irregu lar su rface tu rn ing of p iston is given .Key words :h igh 2sp eed m ach in ing ;linear m o to r ;end effect ;irregu lar su rface tu rn ing ;fin ite elem en t m ethod1 高速加工对机床进给系统的要求高速切削理论创立以来,特别是应用于立铣刀加工铝合金获得巨大成功后,高速机床得到了迅猛发展。
直线电机在数控机床的应用

直线电机在数控机床的应用本文介绍了直线电机的结构和原理,与机械传动形式对比列举了直线电机在数控机床进给系统应用上的优点,举出了直线电机在应用时出现的问题及应对方案,叙述了直线电机在数控机床上实际的连接和调整策略。
标签:直线电机;数控机床;高速切削;进给系统0 引言1840年,Wheastone制造了直线电机的雏形,经过100多年的发展,直线电机已广泛应用于绘图、影视、电梯、物流运输、轨道交通、机械加工等多个领域[1]。
尤其在机械加工方面,由于大功率高转速电主轴的出现,高速切削策略在铝材及铝合金加工中的应用,要求机床各坐标轴不仅具有非常快的移动速度,还需要具有超高的加减速能力。
直线电机凭借其精度高、无磨损、噪音低、效率高、响应快、节省空间等突出优点使其在高档数控机床领域占有重要一席,而且它必将是高速机床未来发展的趋势。
1 直线电机的原理普通同步交流伺服电机,分为定子和转子两部分,两部分都有按规则缠绕的线圈。
当定子线圈通入三相交变电流时,在电机内部产生交变磁场。
转子线圈受磁场影响自身产生感应电流,由于通电导体在磁场中要受到力的作用,受到的电磁力使电机转子部分绕电机轴旋转。
直线电机好似将普通交流伺服电机沿经过圆筒半径和电机轴的截面剖开,将定子和转子平铺展成两个平直的矩形部分,其结构示意图如图1所示[2]。
直线电机的初级对应普通交流伺服电机的定子,次级对应转子,这样普通交流伺服电机定子和转子的相对旋转运动就转变为直线电机初级与次级的相对直线运动。
直线电机的初级和次级可安装于两个需要做相对运动的机械部件上,一般固定部分选择初级,运动部分选择次级。
但在一些特定场合,出于能耗等经济因素考虑,固定部分也有选择次级的情况,比如直线电机在长距离龙门移动式数控机床上的应用。
数控机床各轴的进给部分通常采用伺服电机+减速箱+丝杠丝母,或伺服电机+减速箱+齿轮齿条的传动形式,而直线电机的运用使进给部分减少了中间环节,提高了传动精度和传动效率。
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a d i s l n f i e rmoo swe e i t d c d h t o s o o n tl n a me t n a tr r n r u e .r e meh d fc mmis n n h ie rmoo si ime s8 0 NC s s m ol o s i i g t e l a t r n S e n 4 D C y t o n e wee e a o ae . r l b r td Ke o d : n a o o S l c in y W r s Li e r M t r e e t I sa l n Co miso i g o ntl me t m 、 接 触运 行 、 声 低 、 无 噪 速
度和精 确度 高 、 制容 易 、 护方 便 、 靠 性 高等优 点 。 控 维 可
1 直 线 电机 的选 择
在 高 速 龙 门 五 轴 加 工 中 心 上 共 有 2个 进 给 轴 应 用
随 着 超 高 速 切 削 、 精 密 加 工 等 先 进 制 造 技 术 的发 展 , 超
直 线 电机 在 西 门予 8 0 4 D数 控 系统 中的调 试 方 法及 注 意 事 项 。
关 键 词 : 线 电机 选 型 安装 调 试 直 中 图分 类 号: G 5 T 69 文 献 标 识 码 : A 文章 编 号 : 0 0 4 9 (0 10 — 0 4 0 1 0 — 9 82 1 ) 6 0 0 — 3
要 负 载 为 滑 枕 , 质 量 估 算 为 62 0 k , 大 加 速 度 要 其 0 g 最 求 达 到 5 m/z 峰 值 推 力 要 求 为 7 0 0 N, 擦 力 及 其 s。 0 摩 它 阻 力 为 2 0 N。 通 过 计 算 可 以 得 到 其 最 大 加 速 力 为 0
.
紧 凑 的 设计
,
弹 性 环 节 少
更 高 的 刚性 干 扰 有 对 更快 的 响应 更 高 的精 度
.
没有 反 向 间隙
改 善 了重 复精 度 和 轮廓 精 度 ’
没 有 耦合 , 有 齿 轮 等 传 动 没
床 进 给 传 动 链 的 长 度 缩 短 为 零 ,故 这 种 传 动 方 式 称 为 “ 接 驱 动 ” 也 称 “ 传 动 ” 直 接 驱 动 避 免 了 丝 杠 传 动 直 , 零 。
中 的 反 向 间 隙 、 性 、 擦 力 和 刚 性 不 足 等 缺 点 , 来 惯 摩 带 了 原 旋 转 电 动 机 驱 动 方 式 无 法 达 到 的 性 能 指 标 和 优 点 。 要 表 现 如 表 1所 示 。 主
但 由于受 到传统 机械结 构 ( 旋 转 电机+ 珠 丝杠 ) 即 滚 进
给 传 动 方 式 的 限 制 ,有 关 伺 服 性 能 指 标 难 以 得 到 突 破
性 提 高 。 着 电机 技 术 的 飞 速 发 展 , 年 来 直 线 电 机 及 随 近 驱 动 控 制 系 统 在 技 术 上 日趋 成 熟 , 已具 有 传 统 传 动 装 置 无 法 比 拟 的优 点 。
直线 电机在 高速龙 门加 工 中心上的应 用术
口 徐 兆成 口 焦 亮 口 化春 雷 口 李 焱
沈 阳 机 床 ( 团 ) 限责 任 公 司 沈 阳 1 0 4 集 有 1 12
摘
要 : 过 直 线 电机 在 高速 龙 门五 轴 加 工 中心上 的应 用 , 细 讲 述 了直 线 电机 的 计 算 选 择 、 线 电机 的 安 装 方 式 、 通 详 直
Absr ct t a :Bas d o he pp ia in o iea t r i h i h—s e g nr v e n t a lc to fln r mo o s n t e h g pe d a ty f e—a s mac ni c ntr h s lc in i xi hi ng e e ,t e ee to
从 电 动 机 到 工 作 台 之 间 的 机 械 中 间 传 动 环 节 。 即 把 机
正 确 性 , 可 以 使 用 西 门 子 的 Sdm M 电 机 计 算 软 件 , ii L
图 2为 S d m M 软 件 得 出 的 电 机 特 性 曲 线 , 以 看 到 ii L 可 所 选 择 的 电 机 完 全 满 足 工 作 需 要 。 同 样 可 以 计 算 出
对机床 各项性 能 提 出了越来 越高 的要 求 。尽 管 当前世
了 直 线 电 机 驱 动 , 中 X 轴 使 用 4个 直 线 电 机 , 轴 使 其 y
用 2个 直 线 电 机 . 图 1所 示 。 如 以 Y轴 为 例 简 要 介 绍 直 线 电机 的选 择 。 Y轴 的 主
界先 进 的交 直 流旋 转 电机伺 服 系 统性 能 已大有 改 进 ,
表 1 使 用直 线 电机 的 优 势
轴 需 要 使 用 4个 1 N3 0 - W B O 0 A1直 线 电 机 。 F 90 4 O一B
2 直 线 电 机 的 安 装
特 点
利 益
整 体 重 量轻
,
惯 量 小 , 擦 小 摩
高 的 动态 性 能 , 的 短 空行 程 时 间 高 的生 产 效 率
1 0 , 故 可 以 选 择 2 个 西 门 子 1 N3 0 - W B O 56 0N F 90 4 O - 0 A1直 线 电 机 来 共 同 驱 动 该 轴 。 了 验 证 选 择 电 机 的 B 为
在 数 控 机 床 中 ,用 直 线 电机 替 代 传 统 的 高 速 滚 珠 丝 杠 . 原 旋 转 电 动 机 传 动 方 式 的 最 大 区 别 是 : 消 了 与 取