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机床上传统的“旋转电机 + 滚珠丝杠”进给传动方式,由于受自身结构的限制 ,在进给速度、加速度、快速定位精度等方面很难有突破性的提高, 已无法满足超高速切削、超精密加工对机床进给系统伺服性能提出的更高要求。直线电机将电能直接转换成直线运动机械能,不需要任何中间转换机构的传动装置。具有起动推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高、行程长度不受限制等优点。在机床进给系统中,采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的区别是取消了从电机到工作台(拖板)之间的机械传动环节,把机床进给传动链的长度缩短为零,因而这种传动方式又被称为“零传动”。正是由于这种“零传动”方式, 带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。
(1)高速响应
由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件(如丝杠等),使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高,反应异常灵敏快捷。 (2)精度
直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差,减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制,即可大大提高机床的定位精度。
(3)动刚度高由于“直接驱动”,避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象, 同时也提高了其传动刚度。
(4)速度快、加减速过程短
由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车(时速可达500km/h),所以用在机床进给驱动中,要满足其超高速切削的进给速度(要求达60～100M/min 或更高)当然是没有问题的。也由于上述“零传动”的高速响应性,使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速, 高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度,一般可达2～10g(g=9.8m/s2),而滚珠丝杠传动的加速度一般只有0.1～0.5g。
(5) 行程长度不受限制在导轨上通过串联直线电机, 就可以无限延长其行程长度。
(6)运动动安静、噪音低。由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦,且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨(无机械接触),其运动时噪音将大大降低。
(7)效率高。由于无中间传动环节,消除了机械摩擦时的能量损耗,传动效率大大提高。
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