技術(shù)頻道

娓娓工業(yè)
您現(xiàn)在的位置: 中國傳動網(wǎng) > 技術(shù)頻道 > 應(yīng)用方案 > 直線電機(jī)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用案例

直線電機(jī)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用案例

時間:2018-12-03 16:45:55來源:鄭州微納科技有限公司

導(dǎo)語:?直線電機(jī)的歷史可以追溯到1840年惠斯登制作的并不成功的略現(xiàn)雛形的直線電機(jī),其后的160多年中直線電機(jī)經(jīng)歷了探索實(shí)驗(yàn)、開發(fā)應(yīng)用和使用商品化三個時期。

直線電機(jī)的歷史可以追溯到1840年惠斯登制作的并不成功的略現(xiàn)雛形的直線電機(jī),其后的160多年中直線電機(jī)經(jīng)歷了探索實(shí)驗(yàn)、開發(fā)應(yīng)用和使用商品化三個時期。

1971年至目前,直線電機(jī)終于進(jìn)入獨(dú)立應(yīng)用的時期,各類直線電機(jī)的應(yīng)用得到了迅速的推廣,制成了許多有實(shí)用價值的裝置和產(chǎn)品,例如直線電機(jī)驅(qū)動的鋼管輸送機(jī)、運(yùn)煤機(jī)、各種電動門、電動窗等。利用直線電機(jī)驅(qū)動的磁懸浮列車,速度已超過500km/h,接近了航空飛行的速度。

我國的直線電機(jī)的研究和應(yīng)用是從20世紀(jì)70年代初開始的。目前主要成果有工廠行車、電磁錘、沖壓機(jī)等。我國直線電機(jī)研究雖然也取得了一些成績,但與國外相比,其推廣應(yīng)用方面尚存在很大的差距。目前,國內(nèi)不少研究單位已注意到這一點(diǎn)。

直線電機(jī)在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用的現(xiàn)狀

近幾年,國際上對數(shù)控機(jī)床采用直線電機(jī)顯得特別熱門,其原因是:為了提高生產(chǎn)效率和改善零件的加工質(zhì)量而發(fā)展的高速和超高速加工現(xiàn)已成為機(jī)床發(fā)展的一個重大趨勢,一個反應(yīng)靈敏、高速、輕便的驅(qū)動系統(tǒng),速度要提高到40~50m/min以上。傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠”的傳動形式所能達(dá)到的最高進(jìn)給速度為30m/min,加速度僅為3m/s2。直線電機(jī)驅(qū)動工作臺,其速度是傳統(tǒng)傳動方式的30倍,加速度是傳統(tǒng)傳動方式的10倍,最大可達(dá)10g;剛度提高了7倍;直線電機(jī)直接驅(qū)動的工作臺無反向工作死區(qū);由于電機(jī)慣量小,所以由其構(gòu)成的直線伺服系統(tǒng)可以達(dá)到較高的頻率響應(yīng)。

1993年,德國ZxCell-O公司推出了世界上第一個由直線電機(jī)驅(qū)動的工作臺HSC-240型高速加工中心,機(jī)床主軸最高速達(dá)到24000r/min,最大進(jìn)給速度為60n/min,加速度達(dá)到1g,當(dāng)進(jìn)給速度為20m/min時,其輪廓精度可達(dá)0.004mm。美國的Ingersoll公司緊接著推出了HVM-800型高速加工中心,主軸最高轉(zhuǎn)速為20000r/min,最大進(jìn)給速度為75.20m/min。

1996年開始,日本相繼研制成功采用直線電機(jī)的臥式加工中心、高速機(jī)床、超高速小型加工中心、超精密鏡面加工機(jī)床、高速成形機(jī)床等。我國浙江大學(xué)研制了一種由直線電機(jī)驅(qū)動的沖壓機(jī),浙江大學(xué)生產(chǎn)工程研究所設(shè)計了用圓筒型直線電機(jī)驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)坐標(biāo)測量機(jī)[2]。2001年南京四開公司推出了自行開發(fā)的采用直線電機(jī)直接驅(qū)動的數(shù)控直線電機(jī)車床,2003年第8屆中國國際機(jī)床展覽會上,展出北京電院高技術(shù)股份公司推出的VS1250直線電機(jī)取得的加工中心,該機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)15000r/min。

直線電機(jī)的工作原理

直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動機(jī)械能,而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)按徑向剖開,并展成平面而成,如圖1所示。

圖1直線電機(jī)的轉(zhuǎn)變過程

由定子演變而來的一側(cè)稱為初級,由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次級。在實(shí)際應(yīng)用時,將初級和次級制造成不同的長度,以保證在所需行程范圍內(nèi)初級與次級之間的耦合保持不變。直線電機(jī)可以是短初級長次級,也可以是長初級短次級??紤]到制造成本、運(yùn)行費(fèi)用,目前一般均采用短初級長次級。

直線電動機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)相似。以直線感應(yīng)電動機(jī)為例:當(dāng)初級繞組通入交流電源時,便在氣隙中產(chǎn)生行波磁場,次級在行波磁場切割下,將感應(yīng)出電動勢并產(chǎn)生電流,該電流與氣隙中的磁場相作用就產(chǎn)生電磁推力。如果初級固定,則次級在推力作用下做直線運(yùn)動;反之,則初級做直線運(yùn)動。

直線電機(jī)的驅(qū)動控制技術(shù)

一個直線電機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)不僅要有性能良好的直線電機(jī),還必須具有能在安全可靠的條件下實(shí)現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要求的控制系統(tǒng)。隨著自動控制技術(shù)與微計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,直線電機(jī)的控制方法越來越多。對直線電機(jī)控制技術(shù)的研究基本上可以分為三個方面:一是傳統(tǒng)控制技術(shù),二是現(xiàn)代控制技術(shù),三是智能控制技術(shù)。

傳統(tǒng)的控制技術(shù)如PID反饋控制、解耦控制等在交流伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其中PID控制蘊(yùn)涵動態(tài)控制過程中的過去、現(xiàn)在和未來的信息,而且配置幾乎為最優(yōu),具有較強(qiáng)的魯棒性,是交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中最基本的控制方式。為了提高控制效果,往往采用解耦控制和矢量控制技術(shù)。

在對象模型確定、不變化且是線性的以及操作條件、運(yùn)行環(huán)境是確定不變的條件下,采用傳統(tǒng)控制技術(shù)是簡單有效的。但是在高精度微進(jìn)給的高性能場合,就必須考慮對象結(jié)構(gòu)與參數(shù)的變化。各種非線性的影響,運(yùn)行環(huán)境的改變及環(huán)境干擾等時變和不確定因數(shù),才能得到滿意的控制效果。因此,現(xiàn)代控制技術(shù)在直線伺服電機(jī)控制的研究中引起了很大的重視。常用控制方法有:自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制及智能控制。

近年來模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制方法也被引入直線電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的控制中。目前主要是將模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID、H∞控制等現(xiàn)有的成熟的控制方法相結(jié)合,取長補(bǔ)短,以獲得更好的控制性能[3]。

直線電機(jī)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用實(shí)例

活塞車削數(shù)控系統(tǒng)

采用直線電機(jī)的直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)由于具有響應(yīng)快、精度高的特點(diǎn),已成功地應(yīng)用于異型截面工件的CNC車削和磨削加工中。針對產(chǎn)量最大的非圓截面零件,國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)非圓切削研究中心開發(fā)了基于直線電機(jī)的高頻響大行程數(shù)控進(jìn)給單元。當(dāng)用于數(shù)控活塞機(jī)床時,工作臺尺寸為600mm×320mm,行程100mm,最大推力為160N,最大加速度可達(dá)13g。由于直線電機(jī)動子和工作臺已固定在一起,所以只能采用閉環(huán)控制,圖2所示為該單元的控制系統(tǒng)簡圖。

圖2直線電機(jī)位置控制器的原理框圖

這是一個雙閉環(huán)系統(tǒng),內(nèi)環(huán)是速度環(huán),外環(huán)是位置環(huán)。采用高精度光柵尺作為位置檢測元件。定位精度取決于光柵的分辨率,系統(tǒng)的機(jī)械誤差可以由反饋消除,獲得較高的精度[4]。

采用直線電機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)

采用PC機(jī)與開放式可編程運(yùn)功控制器構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng),這種系統(tǒng)以通用微機(jī)及Windows為平臺,以PC機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)插件形式的運(yùn)動控制器為控制核心,實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的開放?;谥本€電機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖3所示。

圖3基于直線電機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)原理圖

該系統(tǒng)采用在PC機(jī)的擴(kuò)展槽中插入運(yùn)動控制卡的方案組成,系統(tǒng)由PC機(jī)、運(yùn)動控制卡、伺服驅(qū)動器、直線電機(jī)、數(shù)控工作臺等部分組成。數(shù)控工作臺由直線電機(jī)驅(qū)動,伺服控制和機(jī)床邏輯控制均由運(yùn)動控制器完成,運(yùn)動控制器可編程,以運(yùn)動子程序的方式解釋執(zhí)行數(shù)控程序(G代碼等,支持用戶擴(kuò)展)。運(yùn)動控制卡型號為PCI-8132。

當(dāng)今的工業(yè)控制技術(shù)中PCI總線漸漸地取代了ISA總線,成為主流總線形式,它有很多優(yōu)點(diǎn),如即插即用(PlugandPlay)、中斷共享等。PCI總線具有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,這就保證了它具有良好的兼容性,可靠性高;傳送數(shù)據(jù)速率高(132Mbps)或(264Mbps);PCI總線與CPU無關(guān),與時鐘頻率無關(guān),適用于各種平臺,支持多處理器和并行工作;PCI總線還具有良好的擴(kuò)展性,通過PCI_PCI橋路,可進(jìn)行多級擴(kuò)展。PCI總線為用戶提供了極大的方便,是目前PC機(jī)上最先進(jìn)、最通用的一種總線。PCI-8132是具有PCI接口的2軸運(yùn)動控制卡。它能產(chǎn)生高頻脈沖驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī),控制2個軸的電機(jī)運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)直線和圓弧插補(bǔ)。在數(shù)控加工中,提供位置反饋。

系統(tǒng)軟件在WINDOWS平臺上開發(fā)。該軟件采用模塊化程序設(shè)計,由用戶輸入輸出界面、預(yù)處理模塊等組成。用戶輸入輸出界面實(shí)現(xiàn)用戶的輸入、系統(tǒng)的輸出。用戶輸入的主要功能是讓用戶輸入數(shù)控代碼,發(fā)出控制命令,進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)配置,生成數(shù)控機(jī)床零件加工程序(G代碼指令)。預(yù)處理模塊讀取G代碼指令后,通過編譯生成能夠讓PCI-8132運(yùn)動控制卡運(yùn)行的程序,從而驅(qū)動直線電機(jī),完成直線或圓弧插補(bǔ)。讀取G代碼的過程是首先進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定,然后讀取G代碼,該程序流程如下如圖4所示。

圖4讀取G代碼程序流程圖

鄭州微納科技有限公司是專業(yè)研究和生產(chǎn)直線電機(jī)的高新科技企業(yè),在直線電機(jī)領(lǐng)域已獲得多項(xiàng)國家專利,處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。微納科技為高校研發(fā)的教學(xué)直線電機(jī)系列,已成功應(yīng)用于多所高校,取得了良好的效果。

 

標(biāo)簽:

點(diǎn)贊

分享到:

上一篇:如何提高自動絡(luò)筒機(jī)的生產(chǎn)效率?

下一篇:Lenze智能伺服在高速不干膠貼...

中國傳動網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨(dú)家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉(zhuǎn)載使用時須注明來源“中國傳動網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。

網(wǎng)站簡介|會員服務(wù)|聯(lián)系方式|幫助信息|版權(quán)信息|網(wǎng)站地圖|友情鏈接|法律支持|意見反饋|sitemap

傳動網(wǎng)-工業(yè)自動化與智能制造的全媒體“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新服務(wù)平臺

網(wǎng)站客服服務(wù)咨詢采購咨詢媒體合作

Chuandong.com Copyright ?2005 - 2024 ,All Rights Reserved 深圳市奧美大唐廣告有限公司 版權(quán)所有
粵ICP備 14004826號 | 營業(yè)執(zhí)照證書 | 不良信息舉報中心 | 粵公網(wǎng)安備 44030402000946號