直线电机在机床设备中的应用

直线电机在机床设备中的应用
日本沙迪克（SODICK）公司早在1996年，就开始在电火花成形机上采用直线电机，自行研制了专用的直线电机及与直线电机相匹配的NC系统，将直线伺服电机作为驱动元件组成的直线伺服系统首先开发在电火花成形机上应用，继后又迅速扩展应用到电火花切割机上。

并于1999年投放市场，该系统已具有进入网络的最新功能，它们推出的型号有AM55L（2轴直线电机）和AQ351（X，Y，Z三轴直线电机），这种直线电机伺服系统使加工性能明显改善，其特点是：
（1）把以往由旋转电机的旋转运动来实现的直线运动改变为轴直接的直线运动，省去了丝杠传动环节，保证了轴的高速运动，可以在0.1μm的控制当量下使轴的移动速度达36m/min，与原控制方式相比，轴的移动速度提高数倍至数十倍。

Z轴的高速移动，可实现在加工过程中的电极快速跳跃，使放电间隙中的流体作用力加大，排屑充分，改善了加工条件，提高了放电利用率，可在不冲液加工的情况下，获得较高的加工速度。

例如：利用快速跳跃免冲液处理的深窄型腔加工，电极的断面尺寸为1mm×38mm，电极锥度为1”的石墨片电极加工钢，型腔深度为70mm，总的加工时间为3小时40分，其中粗加工时间为2小时10分，精加工时间为1小时30分。

加工后的表面粗糙度Ramax10μm；而采用传统的加工方法，2小时加工40mm深，再也无法加工下去。

证明在深窄小型腔加工中显示出明显的优越性。

（2）直线电机伺服系统采用了直线电机与溜板一体化的结构，溜板的位移是直线电机的直接移动，两者之间无任何环节，这就消除了中间环节的机械响应滞后现象。

因此，直线电机的动态响应时间与传统的交直流电机带滚珠丝杠系统相比减少了一个数量级。

高的响应速度可提高伺服系统的灵敏度，以保证加工的稳定性。

（3）（3）直线电机伺服系统的运动方式决定了伺服单元必须采用直线位置反馈元件作为位置检测环节，控制和驱动是一个全闭环系统，直接检测溜板的直线位移，没有丝杠螺距误差和传动链零件磨损等因素，导向采用响应速度较快的滚动导轨，因此，更有利于实现精密定位控制，并提高了机床的精度保持性。

（4）由于快速跳跃时机床受力较大，与传统的机床相比，必须提高机床的刚度，并改变机床的结构，以适应高速直线伺服运动的需要。

沙迪克公司直线伺服电机驱动的NCEDM，除提高机床的刚度外，还采用了固定式工作台及X，Y，Z轴均在立柱上的滑枕式结构。

（5）为避免磁场的影响，溜板采用陶瓷材料，在溜板两侧装有永磁铁（电枢），在主轴两侧固定支撑上安装定子绕组，为降低因高速往复运动及交变电磁场等产生的热量，还装有油冷却管。

（6）为了解决在高速运动（加速运动）时Z轴失去平衡的问题，Z轴采用了汽缸式的平衡装置，其特点是：①在加工时，由于汽压的平衡作用，直线电机运行在低功耗状态，只有在快速跳跃时，直线电机才大功耗运行。

②汽压平衡装置和气压夹紧（制动器）使在驱动器失压后，Z轴锁定可靠。