直线电机技术及其在非球面加工车磨复合加工中心上的应用.pdf

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1、14内燃机与配件2011年第2期直线电机技术及其在非球面加工车磨复合加工中心上的应用苏焕字谭铭志谢洪权宋健(湖南大学湖南一派工业驱动有限公司)[摘要]本文介绍了目前国内外直线电机技术在超精密加工技术中的应用和发展情况，指出直线电机与传统旋转电机相比所具有的高刚性，高精度的优势；在超精密非球面加工中，应用直线电机直接驱动技术逐渐成为国内外的研究热点和发展趋势。[关键词]直线电机超精密加工非球面数控机床0引言随着激光技术和光学成像技术等的发展。对非球面镜片的要求越来越高。对非球面加工机床的要求随之提高。传

2、统的以精密滚珠丝杠螺母驱动工作台的方法由于弹性变形、摩擦、反向间隙等，精度进一步提高相当困难．直线电机由于其采用了直接驱动的方式，简化了中间传动环节，具有高精度，高分辨率，高速度的特点【lI。而这恰恰满足了非球面加工的需要。从而直线电机在非球面设备上的应用成为了一个热点研究领域。[211直线电机的原理直线电机结构示意图如图l所示。直线电机是将传统圆筒型电机的初级展开拉直，变初级的封闭磁场为开放磁场．而旋转电机的定子部分变为直线电机的初级，旋转电机的转子部分变为直线电机的次级。在电机的三相绕组中通入三相

3、对称正弦电流后，在初级和次级间产生气隙磁场，气隙磁场的分布情况与旋转电机相似，沿展开的直线方向呈正弦分布。当三相电流随时间变化时，使气隙磁场按定向相序沿直线移动。这个气隙磁场称为行波磁场。当次级的感应电流和气隙磁场相互作用便产生了电磁推力．如果初级是固定不动的，次级就能沿着行波磁场运动的方向做直线运动。即可实现高速机床的直线电机直接驱动的进给方式，把直线电机的初级和次级分别直接安装在高速机床的工作台与床身上。由于这种进给传动方式的传动链缩短为0，被称为机床进给系统的“零传动”。Pl圈1I线电机绪构不意

4、图2直线电机的发展概况直线电机的历史．最早可追溯到1840年惠斯登(Whealstone)开始提出和制作初具雏形但并不成功的直线电机。从那时至今．已有160多年的历史了。我国直线电机的研究和应用发展是从20世纪70年代初开始的。1972年，浙江大学在国内首先翻译了一本《直线感应电动机》译文集，国内直线电机技术的研究始于20世纪70年代。虽然上海电机厂、宁波大学、沈阳工业大学、清华大学、国防科技大学、浙江大学、广东工业大学等高校都做了相关研究，但未能实现真正应用到高速机床、航空上．大推力、长行程的进给，

5、不是真正意义上的应用在高速机床上的直线电机进给单元。清华大学机械学进给系制造工程研究所研究的长行程永磁直线伺服单元额定推力1500N，最高速度60m／rain．行程600am；沈阳工业大学研究的重点摆在了永磁同步苏焕宇谭铭志谢洪权宋健：直线电机技术及其在非球面加工车磨复合加-r．cP心上的应用15直线电动机的控制方式及伺服系统。在CIMT2003f中国国机床展览会)上，北京机电院高技术股份公司、江苏多棱数控机床股份有限公司展出了国产首批直线电机驱动的立式加工中一C,(VSl250)，其x、Y轴采用了直

6、线电机，最大进给速度60m／s。采用直线光栅尺反馈，全闭环控制，定位精度高，稳定性好。该加工中心采用了西门子840D系统，具有很高的可靠性与稳定性。这些研究工作为直线电机技术在高速机床上的应用发挥了积极作用。目前在我国机床行业中。应用直线电机进给系统的产品越来越多。在CIMT2005上．作为全球最大的切削机床制造商之一的DWG公司．其产品中有1／3的采用了直线电机驱动技术．DMClinear精密立式加工中心所有进给轴采用高动力性能直线电机驱动，良好动态特性的基础是采用了高度稳定的龙门结构和经优化的高刚

7、度床身。加速度高达29，快移速度90m／min，从而可使生产率提高20％．该系列JJn-r中心特别适合于模具加工。2006年，德国Zimmermann公司驱动龙门铣床Fz38，直线电机驱动通过高Kv因素获得高水平的标准控制。使得即便是在高进给率的情况下仍能保持非常小的拖曳距离和高定位精度DMG推出了Sprint65直线驱动机床，在X3轴上加速度达到g，快移速度40m／rain。在2007年4中国国际机床展(CIMT2007)上，直线电机的应用越来越广泛，杭州机床集团有限公司推出了国内首次使用直线电机的

8、平面磨床(MUGKTl20X5)。目前在机床上广泛应用的国外直线电机品牌为：丹纳赫、西门子。而国内真正做到量产且稳定应用的品牌为：深圳大族和长沙一派工业驱动，特别是长沙一派工业驱动的直线电机已经稳定应用内燃机活塞加工和PCB打孑L机，其在精密机床上的应用正在与湖南大学微纳研究所联合开发中。1313非球面加工技术在现代光学中．球面光学元件是一种非常重要的光学元件，它广泛应用于各个领域。但由于球面组成的折射或者反射面不可避免地存在着严重的球差，为了克服这个问