機床進給系統(tǒng)采用直線電機直接驅(qū)動,與原旋轉(zhuǎn)電機傳動方式的最大區(qū)別是取消了從電機到工作臺(拖板)之間的機械中間傳動環(huán)節(jié),即把機床進給傳動鏈的長度縮短為零,故這種傳動方式稱為“直接驅(qū)動”,也稱“零傳動”。直接驅(qū)動避免了絲杠傳動中的反向間隙、慣性、摩擦力和剛性不足等缺點。直線電機系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用,引起機床行業(yè)的傳統(tǒng)進給機械結(jié)構(gòu)發(fā)生突變;通過先進的電氣控制,不僅簡化了進給機械結(jié)構(gòu),更重要的是使機床的性能指標(biāo)得到很大提高。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
1.高速響應(yīng)性
一般來講,電氣元器件比機械傳動件的動態(tài)響應(yīng)時間要小幾個數(shù)量級。由于系統(tǒng)中取消了響應(yīng)時間較大的機械傳動件(如絲杠等),使整個閉環(huán)伺服系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能大大提高。
2.高精度性
由于取消了絲杠等機械傳動機構(gòu),因而減少了插補時因傳動系統(tǒng)滯后所帶來的跟隨誤差。通過高精度(如<μ級)的直線位移檢測元件進行位置檢測反饋控制,即可大大提高機床的定位精度。
3.速度快、加減速過程短
機床直線電機進給系統(tǒng),能夠滿足60~100m/min或更高的超高速切削進給速度。由于具有“零傳動”的高速響應(yīng)性,其加減速過程大大縮短,加速度一般可達到2~10g。
4.運行時噪聲低
取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦,導(dǎo)軌副可采用滾動導(dǎo)軌或磁懸浮導(dǎo)軌(無機械接觸),使運動噪聲大大下降。
5.效率高
由于無中間傳動環(huán)節(jié),也就取消了其機械摩擦?xí)r的能量損耗。
6.動態(tài)剛度高
由于沒有中間傳動部件,傳動效率高,可獲得很好的動態(tài)剛度(動態(tài)剛度即為在脈沖負(fù)荷作用下,伺服系統(tǒng)保持其位置的能力)。
7.推力平穩(wěn)
“直接驅(qū)動”提高了傳動剛度,直線電機的布局,可根據(jù)機床導(dǎo)軌的形面結(jié)構(gòu)及其工作臺運動時的受力情況來布置,通常設(shè)計成均布對稱,使其運動推力平穩(wěn)。
8.行程長度不受限制
通過直線電機的動子(初級)的鋪設(shè)可無限延長定子(次級)的行程長度,并可在一個行程全長上安裝使用多個工作臺。
9.采用全閉環(huán)控制系統(tǒng)
由于直線電機的動子已和機床的工作臺合二為一,因此,與滾珠絲杠進給單元不同,直線電機進給單元只能采用全閉環(huán)控制系統(tǒng)。
直線電機在機床上的應(yīng)用也存在一些問題,包括:
1.由于沒有機械聯(lián)接或嚙合,因此垂直軸需要外加一個平衡塊或制動器。
2.當(dāng)負(fù)荷變化大時,需要重新整定系統(tǒng)。目前,大多數(shù)現(xiàn)代控制裝置具有自動整定功能,因此能快速調(diào)機。
3.磁鐵(或線圈)對電機部件的吸力很大,因此應(yīng)注意選擇導(dǎo)軌和設(shè)計滑架結(jié)構(gòu),并注意解決磁鐵吸引金屬顆粒的問題。