直线电机在数控机床中的应用

。
,
,
级与 次 级之 间 的祸合 保 持不 变 直 线 电 机可 以是 短 初 级 长 次 级 也可 以 是 长 初级 短 次 级 考 虑 到 制造 成 本 运 行 费用 目前 一 般 均 采 用 短初 级 长 次 级
定千 ( 初级 〕
。
,
。
、
转子 ( 次 级 〕
目
日
以
/
。
曰
日
a
) i台径 向剖 开
序 的方 式 解 释 执行 数控 程 序 ( G 代 码 等 支 持用 户扩 展 )
,
。
运 动 控制 卡型 号 为 P I C
一
81 3 2
。
}
电源
{
驱 动电路 直 线电 机 卜 卜刊 刊
工 作台
!
c P 机
P c 卜 了刁
l
运动 控 制卡
图3
基 于 直 线 电机 的开 放 式数 控 系统 原理 图
b〕
把 回周展成 直线
图
,
1
直线 电机 的 转变 过程
。
直 线 电 动 机 的 工 作 原理 与旋转 电动 机 相 似
以 直 线 感 应 电 动 机 为 例 : 当初级 绕组 通 入 交 流 电源 时 便
, ,
,
在气 隙 中产 生 行 波磁 场 次 级 在行 波磁 场 切 割下 将 感 应 出 电 动 势 并 产生 电流 该 电 流 与气 隙 中的磁 场 相 作用 就 产 生 电磁 推 力
直 线 电 机 的工 作 原 理 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 要 任 何 中间 转 换机 构 的传 动 装 置 它可 以
,
。
看成 是 一 台旋转 电机按径 向剖 开 并 展 成 平面 而 成 如 图
e s 0 肠 收稿 日期 2的 5 4 作者 简 介 蒋 葱 ( 19 7 4 一
,
,wenku.baidu.com
这 种 系统 以 通用 微 机 及 W i n d
。
o
w
s
为 平台 以
,
C P 机上 的 标准 插 件 形 式 的运 动控 制器 为控 制 核心 实现 了 数控 系统 的开 放
基 于 直 线 电 机 的开 放式 数控 系统 的 总 体设 计 方 案 如 图
,
、 、
3
所示
、
。
该 系统 采用 在 P C 机 的扩展 槽 中插 入
。
于 直 线 电机 的 高 频 响大行 程 数 控进 给 单 元 0 0 1
当 用 于 数 控活 塞 机 床 时 工 作 台 尺 寸 为 6 0 0mm
。
。
0 2
r nln
,
行程
。
用 闭环 控 制 图 2 所 示 为该 单元 的控 制 系统 简 图 这 是一 个 双 闭环 系 统 内环 是速 度 环 外环 是 位 置 环
:
:
,
,
1
所示
。
由定 子 演变 而 来 的一 侧 称 为 初 级 由转 子
,
)
,
女 江 苏 南通 人 南 通 大 学 机 械 工程 学院 副 教授
, ,
。
第
期
。
蒋惹 庄丽 阳 等 直 线电机 在 数控 机 床 中的应用
,
:
演 变 而 来 的一侧 称 为次 级
,
在 实 际 应用 时 将初 级和 次 级 制 造 成 不 同 的长 度 以保 证 在 所需 行程 范 围 内初
,
,
干扰
输入
位 置 调节
蔽而寻一不森蔽 阂一丁矿丽仁沪 出
微分
一— 一一一一一` 几兰坠
图
2
直线 电 机位 置控制器 的 原 理 框 图
南 通航运职业 技 术 学 院学报
4 2 .
2X ) 6 (
年
采用 直 线 电 机 的开 放 式 数 控 系统 采用
PC
机 与 开 放 式可 编 程运 功 控制 器 构 成 数 控 系 统
蒋
( 南通 大 学
惹 庄 丽 阳 唐 通鸣
,
,
,
机 械 工 程 学院 江 苏
南通
2
60
) 7
摘
要 文 章介 绍 了 直 线 电机 的发 展 直 线 电机 的 工 作 原理及 控 制技术 并 就 其特 点和 优 势作 了论 述 最 后 介 绍 了 直
:
,
.
,
,
线 电 机在数 拉 机 床 中 的应 用 实例 中图 分类 号
jn
, ,
,
动 的 工 作 台无 反 向工 作 死 区 由于 电 机惯 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
;
,
。
9 9 1 3 年
, ,
,
德国
Z x Ce n O
一
公 司 推 出 了世 界 上 第 一 个 由 直 线 电 机 驱 动 的工 作 台 H S C 2 4 0 型 高速 加 工 中
,
。
与经 济要 求 的控 制系 统 随着 自动 控制 技 术与 微计算 机 技术 的 发展 直线 电机 的控 制方 法越 来越 多 对 直
: 线 电机控制 技 术 的研 究可 以分 为三 个方 面 一 是 传统控 制技 术 二 是 现 代控 制技 术 三 是 智 能控制 技术
, ,
。
传 统 的控 制技 术如 P D I 反 馈 控 制 解祸 控制 等在 交流 伺服 系 统 中得 到 了广泛 的应 用 其 中
、 , , ,
、
。
P D〕
控制 蕴
涵 动 态 控 制 过程 中 的 过去 现 在 和 未来 的 信 息 而且配 置 几 乎 为 最 优 具 有较 强 的 鲁棒 性 是 交 流 伺 服 电 机 驱 动 系统 中 最 基 本 的 控 制 方式
、
。 。
为 了提 高控 制 效果 往往 采用 解 祸控 制和 矢量 控 制 技术
3
。
如 果 初 级 固 定 则次 级在 推 力作 用 下 做 直线 运动 反 之 则初 级 做 直 线 运动
;
,
,
,
。
直 线 电 机 的驱 动 控 制 技 术 一 个直 线 电机 应 用 系统 不仅 要 有 性 能 良好 的直 线 电机
。
还必 须 具有 能 在安 全可 靠 的条 件 下 实 现 技术
用 高精 度光 栅尺 作为位 置 检 测 元 件 得 较 高 的精 度
] [ 4
。
。
~
最 大推 力 为
,
16
,
N 0
3 9 最 大加 速 度 可 达 1
由于 直 线 电 机 动 子 和工 作 台 己 固 定在 一 起 所 以 只 能 采
, ,
采
,
定位 精 度取 决 于 光 栅 的分 辨 率 系 统 的 机 械误 差 可 以 由反 馈 消除 获
第
卷 第1期 2X (J 6 年 3 月
5
南通航 运 职 业 技 术学院学报
T ONAL & JO URN A L O F N A N T ON G V OC A I
Vo l . 5
.
No 1
.
T E
C HN IC A L S H 理护I N G C O L LE G E
Ma r 20 ( 拓
直线 电机在数控机床中的应用
国 内不 少 研 究单 位 已 注 意到 这 一 点 l[]
1
。
。
,
直 线 电机 在 数控 机 床 上 应 用 的现状
为 了提 高生 产 效率 和 改善 零 件 的加 工 质量 而 发 展 的高 速和 超 高速 加 工 现 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
,
智 能控制
。
近 年来 模糊逻 辑 控 制 神 经 网 络 控制 等智 能 控 制方 法 也 被 引入 直 线 电动 机驱 动 系 统 的 控制 中 目前 主
要 是将 模糊 逻 辑 神经 网络 与 制 性能
4
.
、
。
、
PI D
、
H
`
控 制 等现 有 的成 熟 的控 制 方 法 相 结合 取 长 补 短 以 获 得 更 好 的控
、
影 响 运 行 环 境 的 改变及 环 境干 扰 等 时变和 不 确 定 因 素 才 能得 到 满 意 的控 制 效果 因 此 现 代控 制技术 在 直 线 伺服 电 机控 制 的研 究 中 引起 了 高度 重视 常用 控制 方 法 有 自适应 控 制 滑 模变 结构控 制 鲁棒 控制 及
:
。 、
,
, ,
当 今 的工 业 控 制技 术 中
i g a 即用( Ph n d lP
、
PC I
。
S A 总 线 成 为 主 流 总 线 形式 它 有 很 多优 点 如 即 插 总 线渐 渐 地 取代 了 I
PCI
) a v
中断 共享 等
2M B s /
;
,
总 线具 有严 格 的标 准 和 规 范 这 就保 证 了它 具 有 良好 的 兼容 性 可靠
v s
200 1
年南 京 四开公 司 推 出 了 自行 开 发 的 采 用 直 线 电机 直 接驱 动 的 数
,
控 直 线 电 机 车床
2
,
200 3
年 第 8 届 中 国国 际 机 床 展 览会 上 展 出 了 北 京 电 院 高 技术 股 份 公 司 推 出的
,
。
2 5 l 0
/ m in 直 线 电 机取 得 的加 工 中 心 该 机 床 主 轴 最 高 转 速 达 15 0 0 r
。
] [ 超 高速 小 型 加 工 中 心 超精 密 镜 面 加 工 机床 高速 成形 机床 等 1
我 国浙 江 大 学 研制 了一 种 由 直线 电机 驱 动 的 冲 压 机
J 电 机驱 动 的 并 联 机 构 坐 标 测 量 机 l2
。
,
浙 江大 学生 产 工 程 研 究 所设 计 了用 圆 筒 型 直 线
。
,
中直 线 电机 经历 了探 索 实验 开 发应 用 和 使 用 商 品 化三 个 时 期
19 7 1
, , , 、
年 至 今 直线 电 机终 于 进 入独 立 应用 的时 期 各 类 直线 电 机得 到 了 迅 速 的推 广 制 成 了 许 多 有 实
、
,
用 价值 的装 置 和 产 品 例 如直线 电机 驱 动 的钢 管 输送 机 运煤 机 各种 电 动 门 电 动 窗等 动 的 磁 悬浮 列 车 速度 己 超 过 s o
。 ,
、
。
利 用直 线 电机 驱
、 、
km h /
,
接 近 了 航 空 飞 行 的 速度
,
.
我 国 直 线 电机 的研 究和 应用 是 从 2 0 世纪 7 0 年 代初 开 始 的 目前 主 要 成 果 有 工 厂 行 车 电 磁锤 冲 压
,
机等 我 国 直 线 电机研 究 虽 然 也 取 得 了一 些 成 绩 但 在 推广应 用 方面 与 国外 相 比 尚存在 很大 的差 距 目前
”
, 、
、
,
4 0~ 5 0 n 州 n in i
以上
。
。
传统 的 旋转 电机
,
“
+
滚珠 丝
杠 的 传动 形 式所 能 达 到的最 高进 给速 度 为 0 3 耐m 加 速度 仅 为 3创扩 直 线 电 机 驱动 工 作 台 其 速度 是 0 倍 最大 可 达 1 0 9 ; 刚 度 提 高 了 7 倍 ; 直 线 电机 直 接 驱 传 统传 动方 式 的 3 0 倍 加速 度 是 传 统 传 动 方 式 的 1
二
关 键 词 : 直线 电 机 ; 数 控机床 ; 控 制技 术 ; 应 用
T G币5 9
文献标识码
:
A
文 章编 号
:
167 1
~
1 ( 20 8 9 9 ) (
6)
1 刁0 3 8 0 0 4
一
直 线 电机 的历 史 可 以 追溯 到
、
18 4 0
年 惠 斯登 制 作 的 并 不 成 功 的略现 雏 形 的 直 线 电机 其 后 的 1 0 6 多年
,
,
侧
。
直 线 电机 在 数控 机床 中 的 应 用 实例 活塞 车 削 数 控 系 统
4 1
采 用直 线 电机 的直 线运 动 机 构 由于 具 有 响 应 快
CN C
、
精 度 高 的特 点
, ,
,
已 成 功 地应 用 于 异 型 截 面 工 件 的
x
,
车 削和 磨削 加工 中
,
。
针对 产 量 最 大 的 非 圆截 面 零件 国 防 科 学技 术 大 学 非 圆切 削研 究 中 心 开 发 了 基
、 ,
,
。
在 对 象 模 型 确 定 不 变 化且 是 线性 的 以 及 操 作 条件 运行 环 境 是 确定 不 变 的 条件 下 采 用传 统 控制 技
,
术是 简单有 效 的 但是 在 高精 度微 进给 的高性 能 场合 就 必 须 考 虑 对 象 结构 与参数 的 变 化
,
,
。
。
各种 非 线性 的
,
一
( 犯r /i n i n 心 机床主 轴 最 高速达 到 2 4 0 0 00 时 其轮 廓 精 度 可达 . 4
、
n i n 最 大进给速度为 6 0 n 岁i
, 、
,
加速 度 达 到
19
,
r 对m i n 当进 给 速 度 为 2 0
、 、
n 刀n
。
9 % 年 开 始 日本 相 继 研 制 成 功 采 用 直 线 电 机 的 卧 式加 工 中 心 高 速 机床 1
、
。
运动 控 制 卡 的方 案组 成 系 统 由 P C 机 运 动 控制 卡 伺服 驱动 器 直线 电机 数 控 工 作 台等 部 分 组 成
, , ,
数控
工 作 台 由 直 线 电 机 驱 动 伺服 控 制 和 机床 逻 辑 控制 均 由 运 动 控 制 器 完成 运 动 控 制 器 可 编 程 以运 动 子 程