直線電機(jī)在機(jī)床中的應(yīng)用

    隨著國(guó)防、航天、汽車、微電子等高技術(shù)行業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)製造加工業(yè)提出了更高的要求，超高速加工和超精密加工成為未來機(jī)床業(yè)發(fā)展的兩個(gè)主題。傳統(tǒng)的機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲槓”機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)涉及的中間部件多，運(yùn)動(dòng)慣量大，而且滾珠絲槓本身俱有物理局限性，因此產(chǎn)生的線性速度、加速度及定位精度均有限，不能滿足超高速、高精密加工的需要;于是直線電機(jī)受到人們關(guān)注，它直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，運(yùn)動(dòng)慣量小，系統(tǒng)剛度高，快速響應(yīng)特性好，高速情況下能實(shí)現(xiàn)精密定位，產(chǎn)生推力大，尤其運(yùn)動(dòng)速度、加速度高于滾珠絲槓的若干倍，工作行程可以無限長(zhǎng)，維護(hù)少、壽命長(zhǎng)。這些優(yōu)點(diǎn)使它成為現(xiàn)代機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的理想部件。

    直線電機(jī)在機(jī)床應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)問題用于機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要是交流直線電機(jī)，又分為同步式和感應(yīng)式兩大類。隨著稀土釹鐵硼(NdFeB)永磁材料的出現(xiàn)和性價(jià)比的提高，永磁同步直線電機(jī)發(fā)展成為主流，應(yīng)用最多?，F(xiàn)以這類直線電機(jī)在高速、高精密機(jī)床上的應(yīng)用為例，分析需要克服的關(guān)鍵問題。

一、絕熱與散熱問題永磁直線電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于銅損和鐵損，線圈會(huì)發(fā)熱，帶來幾個(gè)負(fù)面影響：

(1)對(duì)線圈絕緣層造成老損或破壞，使線圈不便通入更大電流，從而不能產(chǎn)生更大推力。

(2)溫度升高會(huì)改變永磁體的工作點(diǎn)。

(3)如果熱量傳遞到機(jī)床工作臺(tái)或者導(dǎo)軌，產(chǎn)生熱變形會(huì)影響加工精度，所以，尤其是平板形大推力直線電機(jī)，必須降溫，要求磁鋼溫度最高不超過70℃，線圈溫度不超過130℃。對(duì)于動(dòng)圈式(Movingcoil)和一般的動(dòng)磁式直線電機(jī)，對(duì)線圈部位冷卻即可;但在超精密要求下的動(dòng)磁式直線電機(jī)，應(yīng)該採(cǎi)取雙層水冷方式，配以溫度傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。u形直線電機(jī)由于結(jié)構(gòu)塬因，一般不用冷卻措施。

二、隔磁與防護(hù)問題機(jī)床切削液、鐵屑、灰塵等會(huì)污染腐蝕電機(jī)，甚至堵塞氣隙，所以必須封閉電機(jī)。永磁鋼對(duì)鐵磁性物質(zhì)有強(qiáng)吸引力，為安全起見應(yīng)該隔磁，可採(cǎi)用不銹鋼罩封閉。直線電機(jī)兩端要有緩沖防護(hù)裝置(Shock-absorbing)和電子限位開關(guān)，防止動(dòng)子失控后的碰撞。對(duì)電纜線要加保護(hù)拖鏈，輸出信號(hào)線還要加屏蔽體。

三、線性導(dǎo)軌要求承受載荷，適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)并保證精度，選擇導(dǎo)軌要考慮行程大小、機(jī)械特性、精密性與速度承受能力等。一般用滾動(dòng)(滾珠或滾柱)直線導(dǎo)軌，安裝時(shí)要保證相互平行度，對(duì)于超精密要求的情況，可使用空氣靜壓導(dǎo)軌。

隨著直線電機(jī)制造工藝的不斷革新，生產(chǎn)的規(guī)?；?，以及永磁材料、電子產(chǎn)品價(jià)格的下降，直線電機(jī)的成本正以每年20%的速度下降，在機(jī)床上的應(yīng)用前景廣闊。但這一應(yīng)用畢竟是新事物，無論是直線電機(jī)本身還是相配套的數(shù)控技術(shù)，潛力很大。我國(guó)是製造大國(guó)，發(fā)展高檔數(shù)控設(shè)備任重道遠(yuǎn)。

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