超磁致伸缩驱动器
超磁致伸缩材料微位移驱动器的设计与实验研究
超磁致伸缩材料微位移驱动器的设计与实验研究超磁致伸缩材料微位移驱动器的设计与实验研究近年来，磁致伸缩（Magnetostriction）材料越来越受到人们的重视。
其材料特性及结构使其具有很高的控制精度，同时也有很高的可靠性和耐久性。
特别地，超磁致伸缩（Terfenol-D）材料是一种具有较高磁导率和较低电磁耗的材料，具有许多潜在的高效能应用。
本文从超磁致伸缩材料出发，研究了其微位移驱动器的设计与实验研究，并对其性能进行了评估。
一、超磁致伸缩材料的特性超磁致伸缩材料是一种由稀土、铁、镍等金属元素组成的晶体。
在磁场的作用下，其原子排列会发生微小的变化，导致晶体的几何形状随之发生微小的变化。
因此，超磁致伸缩材料可以被用来制作微差动位移传感器、微调节装置等。
二、超磁致伸缩材料微位移驱动器的设计超磁致伸缩材料微位移驱动器是一种利用材料的磁致伸缩效应实现驱动的设备，它包括外磁场源、磁致伸缩材料、位置检测装置和控制系统等。
（一）外磁场源驱动器的外磁场源是指将磁场导入磁致伸缩材料中的一种装置。
一般来说，外磁场源可以采用永磁体、电磁铁甚至是其他磁性材料来实现。
其中，永磁体的安装和调节较为简单，但其磁场稳定性和调节精度较差；电磁铁的磁场稳定性和调节精度较高，但其安装和调节较为复杂，同时存在发热问题；其他磁性材料则要求具有高磁感应强度和宽工作磁场范围等特点。
（二）磁致伸缩材料磁致伸缩材料是微位移驱动器的核心组成部分，其特性直接决定了驱动器的性能。
超磁致伸缩材料具有较高磁致伸缩系数和较低电磁耗，是一种性能较优的磁致伸缩材料。
同时，为了实现更大的位移和更高的控制精度，则应该选用形状记忆合金等多功能复合材料作为扩展材料，在磁致伸缩材料的基础上实现驱动。
（三）位置检测装置位置检测装置是指对位移量进行测量的装置。
在微位移驱动器中，可以采用磁电传感器和光电传感器等多种办法实现位置检测。
其中，磁电传感器具有检测精度高、不易受外界环境干扰等优点，但要求磁致伸缩材料必须处于完全连续的磁场中；光电传感器则无需磁场，但其探头精度较低。
超磁致伸缩执行器磁滞模型的参数识别
超磁致伸缩执行器磁滞模型的参数识别超磁致伸缩执行器是一种利用磁致伸缩效应来实现精确控制运动的装置，广泛应用于微机电系统（MEMS）、机器人技术和精密仪器中。
为了精确地模拟和预测超磁致伸缩执行器的性能，研究人员通常会使用磁滞模型进行参数识别。
本文将深入探讨超磁致伸缩执行器磁滞模型的参数识别，帮助读者更好地理解这一重要的技术。
一、超磁致伸缩执行器的磁致伸缩效应超磁致伸缩执行器是基于磁致伸缩效应的设备，该效应是指在外加磁场作用下，材料会发生线性变形的现象。
这种线性变形是由于磁场引起了磁矩的重排，从而导致了材料的维薄效应。
利用这一效应，超磁致伸缩执行器可以实现微米级别的运动控制。
二、超磁致伸缩执行器的磁滞模型为了更准确地描述超磁致伸缩执行器的性能，研究人员通常会采用磁滞模型来建模。
磁滞模型是基于磁滞回线的理论，可以描述材料在外加磁场变化下的磁化特性。
常见的磁滞模型包括Jiles-Atherton模型、Preisach模型和Jiang模型等。
三、超磁致伸缩执行器磁滞模型参数的识别参数识别是指通过实验或模拟的方法来确定磁滞模型中的参数数值。
对于超磁致伸缩执行器的磁滞模型，参数识别非常重要，因为它可以影响到模型的精度和预测能力。
常见的参数识别方法包括定标试验法、曲线拟合法和遗传算法等。
1. 定标试验法：该方法是通过测量超磁致伸缩执行器在不同磁场和机械载荷下的磁致伸缩行为来确定模型参数。
通过对一系列定标试验数据的拟合，可以得到最优的参数数值。
2. 曲线拟合法：该方法是通过将超磁致伸缩执行器的实际输出与模型输出进行比较，采用最小二乘法来拟合参数。
通过不断调整模型参数的数值，使得模型输出与实际输出的误差最小化。
3. 遗传算法：该方法是一种优化算法，通过模拟进化过程来搜索最优解。
对于超磁致伸缩执行器的磁滞模型参数识别，遗传算法可以通过对参数进行随机组合和变异，然后根据适应度函数来筛选最优解。
四、对超磁致伸缩执行器磁滞模型参数识别的观点和理解在进行超磁致伸缩执行器磁滞模型参数识别时，需要考虑到实际应用中的各种因素，如温度变化、机械载荷以及外界杂散磁场的影响。
超磁致伸缩作动器动力学模型构建及特性分析研究
超磁致伸缩作动器动力学模型构建及特性分析研究超磁致伸缩作动器动力学模型构建及特性分析研究引言超磁致伸缩作动器是一种基于磁性材料的智能材料致动器，具有高精度、高刚度、高运动分辨率和快速响应等特点，被广泛应用于精密定位、振动控制和自适应结构等领域。
了解超磁致伸缩作动器的动力学特性对于优化其设计和控制具有重要意义。
本文基于磁力平衡原理和动力学分析方法，提出了一种超磁致伸缩作动器动力学模型，并对其特性进行了分析研究。
模型构建超磁致伸缩作动器由磁铁、线圈和磁致伸缩材料组成。
在模型构建中，假设线圈内部感应电阻可忽略不计，并忽略壳体和线圈之间的磁阻。
通过磁力平衡原理，可以得到作动器的力学模型。
首先，根据安培定律，作用在线圈上的磁力可以表示为：Fm = B · I · l其中，Fm表示磁力，B是磁感强度，I是线圈电流，l是线圈长度。
通过磁感强度和线圈电流的关系可以得到：B = μ0 · (H + Ms · M)其中，μ0表示真空中的磁导率，H是外加磁场强度，Ms是磁致伸缩材料的饱和磁化强度，M是磁化强度。
接下来，根据赫斯定律和欧姆定律，可以得到线圈受到的电动势和电阻：E = -dφ/dt = - N · d(B · S)/dt = -N · S · d(B · I)/dt其中，E表示电动势，N表示线圈匝数，S表示线圈截面积。
根据电动势和电阻的关系可以得到：E = R · I + L · dI/dt其中，R表示线圈电阻，L表示线圈电感。
最后，根据牛顿第二定律，可以得到作动器的动力学方程： Fm - Fd - Fs = m · a其中，Fd表示阻尼力，Fs表示弹簧力，m表示作动器的质量，a表示作动器的加速度。
特性分析基于上述模型，可以对超磁致伸缩作动器的特性进行分析。
首先，通过数值方法求解动力学方程可以得到作动器的位置、速度和加速度随时间的变化。
超磁致伸缩驱动器原理分析及实验研究
磁致伸 缩现 象是 指 铁 磁 体在 外 磁 场 中磁 化 时 ，
移域 、 微动力 （ 薄膜 材料 ） 和力 学 传 感领 域 都有 良好
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图 １所示 。驱 动器 中的隔板 沿轴 向把 驱动器 分为两
１ 期 １
席建敏 ， ： 等 超磁致 伸缩驱 动器原理分析及 实验研究
表 ２ 驱 动 器 主 要 设 计 参 数
超磁 致伸缩 微 位 移驱 动 器 工作 原 理 为 ： 磁 致 超
伸缩驱动器是利用 Ｇ Ｍ 棒在外 部磁场发 生变化 Ｍ
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第一作者简介 ： 建敏 （９ ４ ） 男 ， 席 １８ 一 ， 福建人 ， 硕士研 究生 ， 研究 方
于智 能材料 的一种 ， 被视 为 ２ 世 纪提 高军工 与高 新 ｌ
技术 的战 略性 功 能材料 … 。 应用超 磁 致 伸 缩 材 料 开 发 的产 品 已被 证 明 其
文依据 超磁 致伸缩 材 料 特性 ， 研究 超 磁致 伸 缩 致动 器 的位 移输 出特性 ， 示 超 磁 致伸 缩 致动 器 在 不 同 揭
输 出特性之间的变化 关系。通过 已有设备构建实验平 台， 在不同的条件 下对驱 动器输 出特性进行 实验 ， 实验 结果与理论分析
一
致 ， 示 了输入 与输 出的特性 ， 揭 为驱动器 的优化奠定 了基 础。
超磁致伸缩材料微位移驱动器的设计与实验研究
超磁致伸缩材料微位移驱动器的设计与实验研究超磁致伸缩材料是一种具有广泛潜力的材料，能够将电能转化为微小的机械位移。
在工程应用中，超磁致伸缩材料已经被广泛应用于制作微机械系统的驱动器。
本文将介绍一种利用超磁致伸缩材料制作的微位移驱动器。
首先，我们的驱动器采用由铁、镍和锰等金属组成的超磁致伸缩材料。
在外加磁场的作用下，这些金属会经历瞬间的热膨胀和冷缩，从而产生微小的机械位移。
为了实现微位移的驱动，我们需要将超磁致伸缩材料嵌入到微机械结构中，并将其与控制电路相连。
具体来说，我们将超磁致伸缩材料嵌入到一个微型支架上，并将其固定在基板上。
接着，我们设计了一个微型电极，将其与控制电路相连，并放置在支架的顶部。
在施加外加电压时，电极会产生电场，从而产生磁场，使得超磁致伸缩材料发生瞬时的热膨胀和冷缩，从而产生微小的机械位移。
在实验中，我们采用了ATMEL AVR单片机作为控制电路，并通过程序控制施加的外加电压，从而控制微小的机械位移。
实验的结果表明，我们的微位移驱动器能够非常精确地控制机械位移，达到了微米级的精度。
总之，我们通过利用超磁致伸缩材料制作了一种新型的微位移驱动器，并实现了对微型机械系统的精确控制。
这种驱动器具有极高的应用潜力，在微机械系统、生物医学等领域均有着广阔的应用前景。
1. 超磁致伸缩材料的优势利用超磁致伸缩材料制作微位移驱动器具有很多优势。
首先，超磁致伸缩材料具有非常高的灵敏度和响应速度。
由于它的内部结构可以产生瞬时的热膨胀和冷缩，使得它可以非常快速地从电能转化为机械能。
其次，超磁致伸缩材料还具有比较大的变形能力。
在外加磁场的作用下，它可以发生更大的位移，从而实现更大的机械作用力。
这使得它可以广泛应用于微机械系统的驱动器中。
最后，由于超磁致伸缩材料的制造工艺相对简单，成本也比较低，因此它也具有比较好的经济性和可扩展性。
2. 微机械系统的应用微机械系统是一种基于微米级随机运动的物理现象，其组成的微型机器可以执行多种任务。
国内外超磁致伸缩材料及作动器的
科技信息1.超磁致伸缩材料的特点与应用1.1超磁致伸缩材料的特点磁致伸缩材料主要有三大类：磁致伸缩的金属与合金、铁氧体磁致伸缩材料和稀土金属间化合物磁致伸缩材料。
前两种称为传统磁致伸缩材料，其磁致伸缩应变过小，没有推广应用价值。
而稀土金属间化合物磁致伸缩材料也称为稀土超磁致伸缩材料。
与其他智能材料相比，稀土超磁致伸缩材料具有以下特点：应力负载大（可达700MPa）、能量转换率高（机电耦合系数可达0.75）、温度适应范围宽（小于200℃）、响应快（微秒级）、驱动电压低（小于30V）等。
另外具有频率特性好，工作频带宽；稳定性好，无疲劳，无过热失效等优点。
因此有专家认为，稀土超磁致伸缩材料可广泛应用到机械、电子、航天、农业等其他领域,是21世纪的战略材料。
1.2超磁致伸缩材料的应用分析迄今已有1000多种超磁致伸缩材料器件问世，应用面涉及航空航天、国防军工、电子、机械、石油、纺织、农业等诸多领域，大大促进了相关产业的技术进步。
超磁致伸缩材料在声频和超声技术方面也有广阔的应用前景，国外已用超磁致伸缩材料来制造出超大功率的超声波换能器。
日本已用稀土超磁致伸缩材料来制造海洋声学断层分析系统和海洋气候声学温度测量系统的水声发射换能器，可用于测量海水温度和海流的分布图。
德国材料研究所已将超磁致伸缩薄膜材料应用于微型泵的研究之中。
随科技发展的日新月异，超磁致伸缩材料的重要性必将越来越突出，应用也将更广泛。
预计未来超磁致伸缩材料的应用领域包括航空航天、超精密机械加工、海洋工程、汽车制造、石油产业等。
1.3超磁致伸缩材料在我国的研究与应用在国内，北京钢铁研究总院于1991年率先制备出GMM棒材，此后又开展了低频水声换能器、光纤电流检测、大功率超声焊接换能器等的研究。
北京科技大学采用具有自主知识产权的一步法工艺和设备生产稀土超磁致伸缩材料,减少了过程污染,杂质和氧含量低,合金成分控制准确,提高了材料的性能和产品的一致性；同时易于实现自动化控制,生产效率比传统工艺提高了100-150倍,成本大大降低。
简述超磁致伸缩驱动器特点
简述超磁致伸缩驱动器特点【摘要】超磁致伸缩驱动器是一种新型的驱动器，具有工作原理简单、结构紧凑、响应速度快、能效高等特点。
其工作原理是通过外加磁场使材料发生磁致伸缩效应，从而产生位移。
其结构特点包括由驱动单元、传感器单元和控制单元组成，整体设计紧凑高效。
超磁致伸缩驱动器的优点在于具有高精度、高稳定性、低能耗等特点，适用于精密仪器和机械设备的驱动。
在工业应用中，超磁致伸缩驱动器在提高生产效率、降低成本和改善品质方面发挥着重要作用。
未来，随着科技的不断进步，超磁致伸缩驱动器将在机械制造、航空航天等领域有着广阔的发展前景。
通过以上分析，超磁致伸缩驱动器具有许多优点和应用前景，是一种具有潜力的新型驱动器技术。
【关键词】超磁致伸缩驱动器、工作原理、结构特点、优点、工业应用、发展前景、引言、结论1. 引言1.1 引言超磁致伸缩驱动器是一种利用磁致伸缩效应实现驱动动作的新型驱动器，具有许多独特的特点和优势。
在工业领域，超磁致伸缩驱动器已经得到广泛的应用，为生产制造提供了更为高效和精准的驱动方案。
本文将从超磁致伸缩驱动器的工作原理、结构特点、优点、工业应用及发展前景等方面进行介绍和分析，以期让读者更加深入地了解和认识这一创新的驱动技术。
超磁致伸缩驱动器的工作原理是基于磁致伸缩效应，通过施加外部磁场使材料产生形变，从而实现驱动功能。
其结构特点主要包括驱动装置、磁场产生器、控制系统等部分，整体设计紧凑且高效。
优点包括响应速度快、精度高、能耗低、寿命长等特点，适用于各种复杂的工业场景。
超磁致伸缩驱动器在工业应用中发挥着重要作用，如在自动化生产线、医疗设备、航空航天等领域，都有广泛的应用。
未来，随着技术的不断创新和发展，超磁致伸缩驱动器将会有更加广阔的应用前景。
通过本文的介绍，相信读者对超磁致伸缩驱动器的特点和作用有了更加清晰的认识，同时也对其未来的发展充满期待。
部分至此结束。
2. 正文2.1 超磁致伸缩驱动器的工作原理超磁致伸缩驱动器的工作原理是基于磁性形状记忆效应的。
磁致伸缩材料的详细说明
2） 电阻小，易产生涡流损耗，故高频特性较差，一般在低频工况下使用;
3） 性脆，抗拉强度低，使用时通常要施加预压力；
4） 在正负磁场的作用下，超磁致伸缩材料均具有伸长变形特征，其变形量与磁场的关系为非线性。
1.2驱动器结构设计及工作原理
根据超磁致伸缩材料的驱动性及磁路原理，采用台州市椒光稀土材料有限公司提供的国产Terfenol-D棒材，研制了超磁致伸缩位移驱动器。
所研制的超磁致伸缩微位移驱动器工作原理可简述为：当给激励线圈通有电流时，由电磁感应原理将产生驱动磁场，从而驱动超磁致伸缩Terfenol-D棒的伸长或缩短，通过输出顶杆，对外将产生输出位移。此外，通过给偏置线圈施加适当的电流，产生所需的偏置磁场，以消除“倍频现象”；通过预压机构对超磁致伸缩材料提供合适的预压力，提高机磁耦合系数和磁致伸缩系数；通过冷却机构以保持驱动器在恒温下工作，减少温度变化对驱动器工作的影响。
1 超磁致伸缩材料厂驱动器的结构与工作原理
1.1超磁致伸缩材料的磁一机本构方程
对于超磁致伸缩材料，选择磁场强度H、温度T、应力σ作为独立变量，磁感应强度B、应变ε作为因变量，可得相应的磁一体本构方程：
（1）
式中：S是恒磁场、恒温下的弹性柔顺系数矩阵；
D是恒应力、恒温下磁致伸缩应变系数矩阵，下标t表示矩阵的转秩；
3 结论
在分析GMM工作特性的基础上，研制了超磁致伸缩微位移驱动器，通过建立测控系统进行实验获得了驱动器相关的性能参数：当给驱动器加载150N的预压力，通以1.6A电流以实现 的偏置磁场时，驱动器具有最理想的线性位移输出，且输出位移范围可达40μm以上，如果在长时间连续运行中保证GMA的定位精度则需引入高精度温控装置。实验结果表明所研制的驱动器满足实现微位移高精度控制的基本性能要求。
超磁致伸缩致动器的新型磁路设计与分析
超磁致伸缩致动器的新型磁路设计与分析超磁致伸缩致动器是一种应用于微型机械和精密仪器中的驱动器件，其依靠磁致伸缩效应来实现微小位移和力量的控制。
在超磁致伸缩致动器的设计中，磁路是至关重要的部分，它决定了器件的性能和效率。
目前，为了提高超磁致伸缩致动器的性能和效率，研究人员提出了一种新型磁路设计方案，并对其进行了分析。
新型磁路设计方案采用了精细的磁路设计方法，通过增加磁路的截面积和减小磁路的磁阻，从而获得了更高的磁场强度和更低的激磁电流。
具体来说，新型磁路设计方案采用了多层铁芯结构，其中每一层铁芯都具有一定的厚度和截面积，可以有效地增加磁路的截面积。
此外，新型磁路设计方案还采用了高导磁材料，如锰锌铁氧体等，可以降低磁路的磁阻，从而提高磁场强度。
为了验证新型磁路设计方案的有效性，研究人员进行了电磁场仿真分析。
结果显示，与传统的磁路设计方案相比，新型磁路设计方案具有更高的磁场强度和更低的激磁电流。
同时，新型磁路设计方案还能够实现更大的位移和力量控制范围，从而提高超磁致伸缩致动器的性能和效率。
总之，通过采用新型磁路设计方案，可以提高超磁致伸缩致动器的性能和效率，从而实现更精确的位移和力量控制。
未来，研究人员还可以进一步探索新型磁路设计方案的应用，以实现更广泛的微型机械和精密仪器的驱动需求。
为了进一步分析超磁致伸缩致动器的性能和效率，我们可以列出相关数据并进行分析。
以下是一些可能的参数和数据：1. 磁场强度：新型磁路设计方案的磁场强度可以达到3000高斯，比传统设计方案的磁场强度高出近一倍。
这意味着在相同的输入电流下，新型设计可以实现更大的位移和力量控制。
2. 激磁电流：新型磁路设计方案的激磁电流仅为0.5 A，比传统设计方案的激磁电流低了50%。
这意味着新型设计具有更低的能耗和更高的效率，可以通过减少浪费的电能来延长超磁致伸缩致动器的寿命。
3. 位移量：在输入电流为1 A时，新型磁路设计方案可以实现最大位移量为10微米，比传统设计方案的最大位移量高出两倍。
超磁致伸缩执行器驱动电源研究
超磁致伸缩执行器驱动电源研究张明杰南京航空航天大学 2011、04摘要超磁致伸缩材料(GMM)具有磁致伸缩效应，当材料磁化状态改变时，其尺寸将会产生显著变化。
利用超磁致伸缩材料研制的超磁致伸缩执行器(Giant Magnetostrictive Actuator，GMA)具有定位精度高，响应速度快，输出力大，设计相对简单等优点。
超磁致伸缩执行器是利用磁致伸缩材料在磁场的激励下产生形变来输出力或转矩，而磁场通过通电线圈产生，所以给线圈提供电流的恒流源的性能关系到整个执行器的性能。
本文主要介绍了比较完整的超磁致伸缩驱动恒流源的硬件设计原理，分为直流偏置恒流部分和交流恒流源部分。
1.引言磁致伸缩效应，是指铁磁体在被外磁场磁化时，其体积和长度将发生变化的现象。
磁致伸缩效应引起的体积和长度变化虽是微小的，但其长度变化比体积变化大得多，它是焦耳在1842年发现的。
其逆效应称为压磁效应，主要是指磁致伸缩材料发生形变或者受到应力的作用时会引起与材料内部产生形变，导致材料磁场发生变化，利用其压磁效应可制成各种传感器。
超磁致伸缩材料(GMM)是近年发展起来的一种新型机敏材料，具有应变力大、强力、能量密度高、响应速度快等优异特点，其研究与应用得到各国学着的关注。
基于超磁致伸缩效应研制的超磁致伸缩执行器(GMA)具有广阔的应用前景。
基于超磁致伸缩材料研究的微定位仪器、振动器、传感器、阀门控制、机械传动机构及声纳系统已在实际应用中有所展现。
2.超磁致伸缩材料的工作机理以及对驱动电源的要求 2.1 超磁致伸缩材料的工作机理磁致伸缩是指磁性体在外加磁场作用下,在磁化方向上产生伸长或缩短的现象。
这是由于磁性材料中存在着大量的磁畴,各个磁畴的自发磁化方向不相同,在没有加外磁场时,自发磁化引起的形变互相抵消;外加磁场后,各个磁畴的自发磁化都转向外磁场方向,于是产生了宏观磁致伸缩。
图1为典型的超磁致伸缩材料在预压力为零时的驱动特性曲线。
高频驱动超磁致伸缩致动器的磁场设计论文
高频驱动超磁致伸缩致动器的磁场设计论文高频驱动超磁致伸缩致动器的磁场设计论文超磁致伸缩材料（UMM）主要是指以Fe2化合物为基体的合金。
作为高效智能材料的典型代表之一，超磁致伸缩材料有着输出位移大、抗载能力强、磁机转换效率高以及响应速度快等性能优势，但是国内对超磁致伸缩致动器（UMA）的研究仍然存在以下几个方而问题：一是较多地集中在准静态或者低频域的范围内，对高频域内的研究较为薄弱；二是设计过程中，对于超磁致伸缩致动器的磁场多以轴线方向上磁场强度为检验和设计标准，不利于建立精确的三维空间磁场数值计算模型。
针对上述问题，本文设计出一款用于高频的超磁致伸缩致动器，在ANSYS平台上建立了精确的励磁线圈空间磁场模型，对磁场均匀性，以及交流驱动磁场与静态偏置磁场进行了仿真与分析。
1。
高频驱动的超磁致伸缩致动器设计高频域下的UMA与工作于静态（准静态）的UMA存在异同。
本文参考传统静态超磁致伸缩致动器的设计方法，同时考虑了交流电驱动引起的非线性因素，设计出高频驱动下小物理体积、大能量输出的超磁致伸缩致动器。
在合适的偏置磁场下，可使UMM棒工作于伸缩性能良好的线性区域。
此时，当输入为交变磁场时，超磁致伸缩棒将会产生与交变磁场同频率的交变输出位移，使得UMM棒体发生位移振动的运动。
偏置磁场下正弦信号、方波信号驱动磁场时UMM的振动输出原理图。
与传统的压电材料相比，超磁致伸缩材料具有优良的磁弹性能，其反应速度快，响应时间极短，可达6 —10 s，而且其能量密度高达14—25 m。
为此，在高频率的驱动磁场下，将会产生极快的响应与极高的振动能量输出，充分发挥出超磁致伸缩材料优良的材料性能。
2高频UMA动态磁场有限元分析2。
1静态驱动磁场分析通过对激励线圈磁场模型的分析，掌握了螺线管内部磁场分布特性，为驱动线圈设计尺寸的选择与优化提供了理论基础。
而在具体器件应用中，磁场的分布情况还与器件结构尺寸、漏磁情况及材料的磁导率有着密切关系，在超磁致伸缩致动器的磁场设计中，需要对这些因素进行综合考虑。
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电子雕刻机雕刻头的使用及发展
发布：2008-9-6 10:29:08 来源:模具网编辑：佚名
摘要：介绍了电子雕刻机雕刻头的研究现状与发展。
目前成熟应用的主要是电磁驱动式的，分为摆动式和直动式，具有雕刻频率高、雕刻质量好的特点；同时介绍了工作原理不同于电磁式雕刻头的电子束雕刻和激光雕刻，尤其激光雕刻，具有强大的发展潜力；以及正在研究和发展的压电陶瓷和超磁致伸缩驱动器，这些功能材料的应用研究为雕刻头的发展提供了很好的参考
方向。
关键词：雕刻头电磁驱动；激光雕刻；电子束雕刻；压电陶瓷；超磁致伸缩驱动器
凹版印刷以其印品墨层厚实、颜色鲜艳、饱和度高、印版耐印力高、印刷速度快等优点在图文出版和包装印刷领域内占据重要的地位。
目前，电雕凹版因技术先进、成本低、制版质量高且稳定、适应范围广、利于环保等优点已在凹版制造中占主导地位，一直是近年来的主流雕刻方法。
印版的好坏是决定印刷质量的一个关键因素，凹版电子雕刻效率的高低直接影响到整个凹版制版的进程。
印版是电雕系统根据数字化的图文信息驱动雕刻头在版辊上雕刻网穴后处理而成，因此，雕刻头的驱动装置在整个制版过程中起着重要作用。
从上个世纪60年代开始，此领域的科技人员不断探索，希望能提高电子凹版雕刻的效率及质量，雕刻效率及质量可以从多方面提高，提高电子雕刻机的雕刻频率是一种最有效最直接的途径。
德国、美国、瑞土和日本在电子雕刻技术方面处领先地位，我国在这方面的研究基本为空白「5」。
文中主要介绍了电子雕刻头的研究现状及发展方向。
1 电子机械雕刻
电子机械雕刻是由电·机械转换器驱动雕刻刀，在滚筒上雕刻出网穴的一种方法，其关键在于电·机械转换器的工作性能。
1．1 常用结构的原理及特点
一般而言，磁钢产生稳恒磁通，控制线圈产生控制磁通，二者差动叠加产生驱动衔铁运动的电磁力，带动衔铁运动。
1．2 转动式电磁铁
结构原理如图1所示「2」，磁钢在气隙中产生稳恒磁场，在控制线圈未加电时，通过装配时的调试，衔铁处于相对平衡位置；当控制线圈加电时，衔铁被极化，产生磁力拉动衔铁转动，图中显示了衔铁的一种极化方式。
当控制线圈加以高频变化的电流或电压时，衔铁便产生高频摆动，带动雕刻刀进行雕刻工作。
高刚度的回复弹簧是利用衔铁所在扭杆的弹性扭转来得到，结构简单，高刚度易实现；且带有稳恒磁场调节结构，可以调节电磁铁系统的工作点，使磁钢发挥最好效能；控制线圈只有一个，与采用2个控制线圈的相比，简化了结构，缩小了体积。
Hell公司的电雕机采用的摆动式雕刻头如图2所示，其衔铁结构如图3所示。
通过衔铁的摆动带动金刚石雕刻刀在版辊上雕刻凹穴，利用扭杆的扭转变形来实现高刚度回复弹簧的功能，并且其半圆型的一端用来调节扭杆的刚度，输出杆上有阻尼环，用来调节电磁铁系统的输出特性。
1．3 直动式电磁铁「2-3」
结构原理如图4所示，带有雕刻刀的直动轴固定在衔铁上，装配时调节衔铁，使之在磁场
中处于相对平衡状态，当控制线圈未加电时，磁钢的引力不能使衔铁产生动作；当控制线圈加电时，衔铁产生极性，在电磁力的作用下，克服衔铁刚度，运动一定位移。
给控制线圈加以高频电压或电流，衔铁产生上下运动，从而带动雕刻刀的垂直运动，完成在版辊上雕刻凹穴的工作。
在此结构中，衔铁的运动是平动，气隙两侧是异名磁极；高刚度回复弹簧通过衔铁的弹性变形得到。
国外某些公司采用该结构原理，也可以达到很高频率。
该结构电磁铁结构较复杂，体积也较大，装配调试也有一定的难度。
在电子机械雕刻方面，Hell公司雕刻头的雕刻频率由起初的4000Hz发展到如今的12800Hz，MDC公司的VISION3雕刻头达到8100Hz，在网穴深度稍减时可达8600Hz，提高了生产效率，电子雕刻具有雕刻网穴的深度和面积均可变化、重复性强的优点，且雕刻过程中无污染。
2 激光雕刻和电子束雕刻
2．1 激光雕刻「5-8」
20世纪70年代，激光就开始在胶印、凹印制版领域发挥作用，在90年代，国外的公司开始激光直接雕刻的研究。
激光直接雕刻铜版，在技术上一直认为是不可行的，但它可以直接雕刻锌。
瑞士MDC公司通过制版工艺的改进，实现激光直攘雕刻。
先在钢辊上电镀一薄层镍，然后再在其表面镀铜，随后又镀了一层锌。
这层锌可吸收激光能量并被蒸发，随之蒸发的还有其下面的铜，便生成了载墨的网穴。
雕刻后，像其他雕刻滚筒一样，最终在滚筒上镀一层坚硬的铬。
还开发了大约500W功率的YAG激光器，每秒能雕刻7万个网穴。
直接激光雕刻系统主要由3部分组成：高能量的激光；激光传输系统；光学系统，通过调节焦距，来调节单位面积上的能量。
激光的原理如图5所示。