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        東莞市上品機電設備有限公司

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        直驅技術引領裝備智造,助力機床行業發展

              直驅技術即采用大推力力矩電機或直線電機替代原有的包括齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、滾珠絲杠傳動,即用電氣傳動替代機械傳動。直驅技術的出現已經有上百年的歷史,近幾年,被大規模地應用在智能制造和運控方面,主要包括機床、半導體、激光加工、3C電子、鋰電池等行業。
         
              近年來國內直驅行業快速發展,市場應用更為普及,這得益于制造業整體的轉型升級。裝備制造企業的核心競爭力是創新,創新驅動發展也是裝備制造企業推進智能制造轉型的途徑之一。直驅系統是最近幾年運動控制市場發展的熱點之一,其產品技術是一項整體系統工程,涵蓋了直線電機、力矩電機、驅動器模組,傳感器等多個細分領域。
        直驅轉臺
         
         
        直驅電機在機床行業普及
         
             直線電機因傳動機構簡單,減少了插補滯后的問題,定位精度、重現精度、絕對精度,通過位置檢測反饋控制都會較“旋轉伺服電機,滾珠絲杠”高,且容易實現。直線電機定位精度可達0.1μm。
         
            傳統旋轉電機組成的數控機床伺服系統,零件比較多,操作比較復雜,一般是由伺服電機+軸承+聯軸器+絲杠+構成該系統的支撐結構,這樣的一套系統,其慣性質量大,動態性能的提高受到了很大的限制。零部件在運動的過程中產生的彈性變形、摩擦損耗以及難以消除,且隨著使用時間的增加該弊端會越來越突出,造成定位的滯后和非線性誤差,從硬件上嚴重影響了加工精度。
         
             而近幾年的永磁直線同步電機(PMLSM)這種近乎理想的進給傳動方式,漸漸取代了傳統的旋轉電機,得到了快速的發展。它打破了傳統的“旋轉電機+滾珠絲杠”的傳動方式,實現了“零傳動”。通過電磁效應,將電能直接轉換成直線運動,不需要任何的中間機構,消除了轉動慣量、彈性形變、反向間隙、摩擦、振動、噪音及磨損等不利因素,極大地提高了伺服系統的快速反應能力和控制精度。
         
              和傳統行業相比,直驅技術有非常天然的優勢,如具有精度高(精度直接取決于控制技術和傳感技術)、速度快(直線電機可達100m/min,力矩電機可達500rpm)、無磨損(沒有機械磨損)、無間隙(沒有機械物理間隙)、受力狀態優良(區域出力,沒有點接觸和線接觸受力環節)等等,可以很好的應用在機床行業,并大力推動機床行業的發展。
         
        直驅電機在機床應用上的主要優勢
         
              機床進給系統采用直線電動機直接驅動與旋轉電動機傳動方式進行運動,它們之間的最大區別是取消了從電動機到工作臺之間的一切中間傳動環節。這種傳動方式即稱“直接驅動”,慣稱為“直線驅動”,亦稱為“零傳動”。這種“零傳動”方式帶來了原旋轉電動機驅動方式無法達到的性能指標和優點,但同時也帶來了新的矛盾和問題。
         
             隨著直接驅動技術的發展,直線電機與傳統的“旋轉伺服電機,滾珠絲杠”的驅動方式的對比引起業界的關注。直線電機和旋轉電機相比,無旋轉運動,不受離心力作用。因此,直線電機的速度可以達到很高,而且調速方便,適用于高速場合。
         
             采用直線電機的直線運動,運動機構由于具有響應快、精度高的特點,已成功地用于異型截面工件的計算機控制的精密車削和磨削加工。與傳統的采用“靠模”加工異型內外圓輪廓的方法相比,具有編程修改靈活、加工精度高的特點,十分適合多品種、小批量產品的加工。
         
            直線電機代替傳統的電機—絲杠系統,消除了機械傳動鏈帶來的誤差、間隙和速度的限制等一系列影響精度、速度和動態性能的環節,使電機和負載之間直接耦合,具備高速度、高加速度、高負載定位精確性、快速循環等優點,可獲得很高的動態性能,而且結構簡化、緊湊,已經成為高檔數控機床的應用點,高速度、高加速度的直驅系統在加工中心、數控銑床、車床、磨床、符合加工機床、激光加工機床及重型機床上得到廣泛應用,這類機床在航空、汽車、模具、能源、通用機械等領域將發揮特殊的作用。
         
        直驅電機助力機床性能騰飛
         
            由于自動控制技術和微型計算機的高速發展,對各類自動控制系統的定位精度提出了更高的要求。傳統機床領域最大的痛點就是,傳動鏈從作為動力源的電動機到工作部件要通過齒輪、蝸輪副,皮帶、絲杠副、聯軸器、離合器等中間傳動環節,在這些環節中產生了較大的轉彈性變形、反向間隙、運動滯后、摩擦、振動、噪聲及磨損等問題
         
            而隨著工業的發展對數控機床的精密度和高速加工需求不斷提高,機床逐漸趨向于高精密、高速、復合、智能、環保的方向發展。于是,出現了“直接傳動”的概念。直線電機在數控機床應用中,往往作為進給單元帶動刀具或工作臺進給。指點伺服系統的性能分析指標主要集中在響應速度、穩定性、剛度及抗干擾能力四個方面。
         
             隨著電機及其驅動控制技術的發展,并且日益成熟,使“直接傳動”的概念逐漸變為現實,直線電機及其驅動控制技術在機床進給驅動上的應用,使機床的傳動結構出現了重大變化,并且讓機床性能有了新的飛躍。例如,美國CincinnatiMilacron公司為航空工業生產了一臺HyperMach大型高速加工中心,直線進給采用了直線電機,其軸行程長達46m,工作臺快速行程為100m/min,加速度達2g。在這種機床上加工一個大型薄壁飛機零件只需30min;而同樣的零件在一般高速銑床上加工,費時3h;在普通數控銑床上加工,則需8h,優勢相當明顯。
         
        直線電機與高速機床的發展,未來可期
         
             隨著直線電機制造工藝的不斷革新,生產的規?;?,以及永磁材料、電子產品價格的下降,直線電機的成本正以每年20%的速度下降,尤其是在數控機床、半導體集成設備等機械上表現得更為明顯,這給直驅技術提供了迅速成長的空間,看到在機床上的應用前景廣闊。但這一應用畢竟是新事物,無論是直線電機本身還是相配套的數控技術,潛力都很大。我國是制造大國,發展高檔數控設備任重道遠。路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索,只有真正掌握核心技術,直線電機才能助力機床更遠的騰飛。
         
        文章來源:伺服與運動控制
        點擊次數:  更新時間:2019-06-05
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