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新型快速進給系統(tǒng)

傳統(tǒng)進給系統(tǒng)因剛度低、慣量大、傳動效率低、傳動誤差大、機械傳動錨結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以獲得高的進給速度和加速度，無法滿足高速機床的加工要求。針對傳統(tǒng)進結(jié)系統(tǒng)存在的問題，世界上許多國家的研究單位和生產(chǎn)廠家對高速機床的新型進緒系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的研究，開發(fā)出若干種適用于高速機床的新型進給系統(tǒng)。目前，在高速切削機床上實現(xiàn)高速進給運動主要有兩種途徑，即采用滾珠絲扛傳動和直線電機傳動。滾珠絲征與直線電機驅(qū)動的性能比

較見表8—3。

(1]高速滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)

由于直線電機存在價格昂貴、控制系統(tǒng)復(fù)雜、強磁對人體造成危害以及發(fā)熱等缺點，在近期尚難以普及，所以，滾珠絲杠副仍是高速驅(qū)動的優(yōu)先選擇。目前，國外大部分高速加工中心仍使用滾珠絲杠副。日本馬扎克公司在FF660機床上使用滾珠絲扛副，機床快速移動速度達到90m／mjn，加速度達到1．5f。

高速驅(qū)動時的滾珠絲杠副存在噪聲、溫升、精度等問題，噪聲產(chǎn)生的原因主要有滾珠在循環(huán)回路中的流暢性、滾珠之間的碰撞、該道的粗糙度、絲杠的彎曲等。溫升原因主要是由滾珠與絲杠、螺母、反向器之間的摩擦及滾珠之間的摩擦引起的。解決方法可從滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及通過合理的工藝等方法使?jié)L珠絲扛副適應(yīng)高速驅(qū)動的要求，

具體措施如下。

①絲杠采用中空結(jié)構(gòu)，并進行預(yù)拉伸處理，以改善滾珠與滾道的接觸等提高絲杠副的剛度。

②在保證足夠剛度的前提下，增大絲杠螺母的導(dǎo)程和螺紋頭數(shù)，是提高滾珠絲杠螺母別的豆朗運動速度的有效途徑，日本NSK公司已開發(fā)出公稱直徑×導(dǎo)程為15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm、25mm×80mm的超大導(dǎo)程滾珠絲杠副，快速進給速度可達到180m／min。

②強制冷卻。將冷卻液通人空心絲杠內(nèi)部進行強制循環(huán)冷卻，減少高速滾珠絲杠副的發(fā)熱，保證滾珠絲杠副系統(tǒng)的桔度。

④對螺母結(jié)構(gòu)進行特殊設(shè)計．如適當減少滾珠直徑、鋼珠采用空心結(jié)構(gòu)、將滾珠鏈中的鋼珠按大小間隔排列等。

⑤采用陶瓷材料(如幼Nd)制造滾珠，利用其優(yōu)異的機械物理性朗，扛副傳動系統(tǒng)的溫升和噪聲。

⑧對螺母預(yù)加載荷進行自適應(yīng)控制。

⑦采用螺母旋轉(zhuǎn)、絲扛不動的運動形式，可消除絲杠臨界轉(zhuǎn)速的限制在高速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的一系列問題。

⑧采用雙伺服電機分別驅(qū)動絲杠和螺母。當兩個電機轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向；加絲杠轉(zhuǎn)速時，可提高被驅(qū)動部件的進給速度一倍。

[2)直線電機進給驅(qū)動系統(tǒng)

直線電機的結(jié)構(gòu)和特點在第5章5l 2．4節(jié)已進行了講述，下面主要介紹它的分類。

直線電機直接產(chǎn)生直線形式的機械運動(一維或二維)。直線電機按原理分為直流直線電機、交流水磁同步直線電機、交流感應(yīng)異步宣線電機、步進式直線電機、磁阻式直線電

機、壓電式直線電機和平面電機等，其中，以直流直線電機、交流水磁(同步)直線電機、交流感應(yīng)(異步)直線電機組成的高速進給系統(tǒng)在高速機床中應(yīng)用較多。目前，實用的平面電機只限于平面步進電機。

①直線直流電機 永磁式直線直流電機是常用的直線直流電機，該電機分為動因式和動滋式兩種。磁場固定，電摳線圈可移動，其結(jié)構(gòu)形式和工作原理與揚聲器相似，因此又稱為音圖電機。動磁式電機為電摳線圈固定，磁場運動，適用于大行程的場合。直線直流電機目前用于計算機外圍設(shè)備、自動化儀器儀表、精密直流位移的機床、機器人以及制冷設(shè)

備中。

⑨直線異步電機 直線異步電機的工作原理與旋轉(zhuǎn)式異步電機的工作原理一樣，即定子合成旋轉(zhuǎn)磁場(或合成移動磁場)與轉(zhuǎn)子(或動子)的電流作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩(或電磁力)，使電機旋轉(zhuǎn)(或直線運動)。

直線異步電機的結(jié)構(gòu)包括定子、動子和直線運動支撐導(dǎo)輪等三大部分。定子由定子鐵芯和定子繞組組成。它與交流電源相連產(chǎn)生移動磁場。動于有三種形式：種是磁性動于，由導(dǎo)磁材料制成，既起磁路作用，又作為籠形動子起導(dǎo)電作用；第二種是非磁性動子，只起

導(dǎo)電作用，這種結(jié)構(gòu)氣隙較大，勵磁電流大，損耗大；第三種是在動子導(dǎo)磁材料上面覆蓋一層導(dǎo)電材料，覆蓋層作為籠形繞組。這三種形式中，磁性動子結(jié)構(gòu)，動子既為導(dǎo)磁體又作為導(dǎo)電體，甚至可作為結(jié)構(gòu)部件，應(yīng)用較廣。

直線異步電機分為扁平型和管型結(jié)構(gòu)，常用的為扁平型結(jié)構(gòu)。該種類型又可分為單邊和雙邊兩種形式d為了保證在運動行程范圍內(nèi)，定子和動子之間有良好的電磁福臺，直線異步電機定子和動于的鐵芯長度不等，扁平型直線異步電機的定子制成長定子和短定子兩種形

式。長定子因成本高，很少采用。管型直線異步電機的定子和動子的管筒可做成圓筒和矩形簡兩種結(jié)構(gòu)。

直線異步電機的機械特性與旋轉(zhuǎn)異步電機的機械特性一樣，隨動子的導(dǎo)電電阻和氣隙而變。其他特性也與旋轉(zhuǎn)異步電機相似。由于直線異步電機的特殊定子、動子結(jié)構(gòu)，使電機定子勵磁電流分量較大，再加上氣隙磁通密度很低，導(dǎo)致直線異步電機的特性差t損耗大、效率低。

③直線同步電機 直線同步電機的工作原理與旋轉(zhuǎn)單極式同步電機一樣，即定子合成移動磁場與動子行波磁場相互作用產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩(或力)，帶動負載做直線運動。直線同步電機分為勵磁式和永磁式兩種。由于直線同步電機的氣隙磁通密度可以取得很大，因此其比接力、功率因數(shù)和效率都比直線異步電機好。直線異步電機應(yīng)用的場合都可以用直線同步電機取代，且效果要好。

④直線步進電機 直線步進電機是由旋轉(zhuǎn)步進電機演變而來，它通常制成感應(yīng)子式和磁阻式兩種形式，感應(yīng)子式直線步進電機性能好，尺寸小，得到廣泛應(yīng)用。直線步進電機是利用定子和動子之間氣隙磁導(dǎo)的變化所產(chǎn)生的電磁力而工作的。

直線步進電機的靜動態(tài)特性與參數(shù)和旋轉(zhuǎn)步進電機的情況一樣，兩者的機械參數(shù)有類似的等效關(guān)系。如直線步進電機的推力、直線步距和動于質(zhì)量對應(yīng)旋轉(zhuǎn)步進電機的轉(zhuǎn)矩、步距角和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量。其他特性和參數(shù)也都類似，只是旋轉(zhuǎn)步進電機有桔密的支承軸承，而直線步進電機沒有，一個好的解決辦法是采用氣浮和流體支承，從而減小振

動和噪聲。

直線步進電機使用較廣，如用在數(shù)控繪圖儀、記錄儀、數(shù)控刻固機、數(shù)控激光剪裁機、集成電路測量制造等設(shè)備上。

⑤平面式步進電機 平面式步進電機由兩個互相垂直運動的直線步進電機組合而構(gòu)成。它具有x、Y兩個坐標軸，能在平面內(nèi)各個方向運動。其原理、結(jié)構(gòu)和特性可參考直線步進電機。平面步進電機結(jié)構(gòu)簡單、性能好、成本低，在數(shù)控設(shè)備上得到較廣泛的應(yīng)用。