直线电机应用机械设计指南+v3

直线电机应用机械设计指南

变更历史

序号日期工作人批准人变更描述

1 2011-1-05

王勇初始创建

2 2011-1-14

王勇内容补充

32011-8-4刘声发增加2个线圈安装方式

增加光栅尺安装精度要求

直线电机应用机械设计指南 (1)

1直线电机安装结构设计要求 (4)

1.1直线电机安装位置 (4)

1.2结构设计强度与刚度 (4)

1.3直线电机走线 (4)

1.4Z轴（垂直轴）刹车 (4)

1.5水平轴刹车 (5)

1.6安装尺寸精度 (6)

1.7防撞设计 (6)

2直线电机防护设计 (7)

2.1铁屑防护 (7)

2.2切削液防护 (7)

2.3其它运动部件的防护 (8)

3装配工艺 (9)

3.1装配的调整设计 (9)

3.2加工工艺结构设计 (9)

3.3装配的工装 (9)

3.4直线电机拆装顺序 (10)

3.5装配其它注意事项 (11)

3.6多个线圈并联安装方法 (11)

4光栅尺安装 (11)

4.1光栅尺安装位置及安装座要求 (12)

4.2光栅尺安装精度要求 (12)

4.3光栅尺的防护 (12)

5直线电机的冷却 (14)

5.1冷却功率 (14)

5.2回路设计 (14)

1直线电机安装结构设计要求

1.1直线电机安装位置

直线电机、磁板的安装位置，应当尽量设计靠近运动结构的重心位置，以平衡运动时的推力

1.2结构设计强度与刚度

直线电机与磁板之间持续存在较大的磁吸力，如 CE133A吸力为6480N，CE266A吸力为12960N；

工作台、鞍座等设计时，必须考虑有足够的强度和刚度。同时，为避免移动部件过于笨重，应尽量考虑采用高强度的材质，以及多筋板结构。

其它结构上提高刚度的办法有：

z上拱结构

z导轨等支撑点尽量靠近直线电机线圈

z机床的固定部分刚性尽可能高、移动部分的重量尽可能轻，因为直线电机对刚性和移动部分重量比旋转电机更敏感

1.3直线电机走线

直线电机相对于旋转伺服电机的系统而言，由于其推进动力在移动部件上，而旋转伺服电机在固定部件上，所以走线较旋转伺服电机复杂，许多线缆都需要通过拖链来连接，主要需要通过拖链的线缆有：

线圈的动力线

线圈的冷却管路

光栅尺读数头的数据线（如果读数头设计在移动部件上）

导轨润滑油管路

这些走线均需要通过拖链连接，请务必在设计时详尽考虑。

1.4Z轴（垂直轴）刹车

直线电机应用在Z轴（垂直轴）上时，由于重力的作用，在未通电时，或直线电机无力矩输出时，会发生掉落事故。必须设计Z轴的刹车装置。

一般我们推荐Z轴的直线电机设计推力要包含Z轴的结构重量，但是，如果设计时未考虑，或为增加安全性，则建议设计Z轴平衡装置（如机械配重、氮气平衡缸等）

推荐使用CKD的气动平衡缸，可以满足配重和刹车的双重作用：

氮气平衡装置安装示意如下：

初步推荐品牌规格如下：

名称品牌规格用途

带刹车气缸CKD BBS-A-

ETB 气缸自带刹车，可做平衡和刹车用

氮气平衡缸XQ-自动

平衡系统氮气压力稳定，平衡效果好，但须另加刹车装置

1.5水平轴刹车

直线电机水平移动轴上，如果在运动时发生断电事故，直线电机运动时会切割磁力线，产生反向的制动力，迫使运动电机在较短的距离停止，其停止距离要大于丝杠传动系统。如果对停止距离有更高的要求，或在机床关机时，不允许机床有容易移动的情况。建议在水平轴上也安装刹车装置，推荐品牌CKD或SMC：

以下设计为某型机床设计的水平止动方案，原理是，在直线电机未上电时，气缸顶出，顶住工作台面底部，防止平台运动。

1.6安装尺寸精度

项目允差

磁板与线圈尺寸间隙 0.7±0.2

磁板与线圈安装的平面度0.1

磁板与线圈安装面的平行度0.1

磁板与线圈侧面基准面的平行度0.1

磁板与线圈中心线平行度0.2

1.7防撞设计

虽然正常使用机床不会发生撞击的事故，但是为了避免意外的撞击事故造成直线电机的损坏，所以，直线电机两端的防撞缓冲装置还是必须的。设计缓冲装置时须注意：

缓冲装置受力点避免在线圈、滑块等精密元件上。

2 直线电机防护设计

直线电机由于没有传动元件，不会发生像丝杠传动系统一样，将细铁屑卷到丝杠里，从而磨损丝杠。

所以在防护设计时，主要要考虑的是导向部件（如线轨）等对铁屑的防护要求，而无需过多的考虑直线电机的要求。

2.1铁屑防护

直线电机的磁板，由于对铁屑有较强的吸引力，故应当在移动部件上设计铁屑的刮除装置，同时也要避免铁屑在磁板两端过度堆积，防止刮屑板回刮，其示意图如下：

2.2切削液防护

直线电机的线圈不是完全防水的结构，接线端子上粘上切削液后，也容易造成短路漏电的事故。所以，为防止这种情况出现，结构设计上需考虑：

z结构设计上，有防止切削液进入的结构

z线圈安装面上打硅胶也是一种简单有效的防水办法

2.3其它运动部件的防护

如果对导轨防护有较高的要求，建议导轨防护罩可以设计成下面的结构：

3 装配工艺

3.1装配的调整设计

由于线圈与磁板设计距离为0.7mm，故必须考虑由于加工综合误差引起的磁板与线圈距离的变化，在线圈一侧设计调整垫片，可以在装配时调整线圈与磁板的间隙：

3.2加工工艺结构设计

在设计磁板和线圈的安装面时，应尽量考虑如下几点：

z磁板的安装面高于铸件平面，防止铁屑在磁板堆积。

z侧面加工安装基准，方便安装。

z减小加工面，降低加工难度。

3.3装配的工装

考虑到直线电机装配的特殊性，可以考虑设计制作下面的工装，装配时将其装到磁板的安装孔上，将线圈放置在上面，推动安装：