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直線電機在數控機床中的應用

更新日期:2007-08-19  作者:  來源:光學精密機械網(ChinaOptic.Com.Cn)收集整理

  直線電機的歷史可以追溯到1840年惠斯登制作的并不成功的略現雛形的直線電機,其后的160多年中直線電機經歷了探索實驗、開發應用和使用商品化三個時期。
  1971年至目前,直線電機終于進入獨立應用的時期,各類直線電機的應用得到了迅速的推廣,制成了許多有實用價值的裝置和產品,例如直線電機驅動的鋼管輸送機、運煤機、各種電動門、電動窗等。利用直線電機驅動的磁懸浮列車,速度已超過500km/h,接近了航空飛行的速度。
我國的直線電機的研究和應用是從20世紀70年代初開始的。目前主要成果有工廠行車、電磁錘、沖壓機等。我國直線電機研究雖然也取得了一些成績,但與國外相比,其推廣應用方面尚存在很大的差距。目前,國內不少研究單位已注意到這一點[1]。

直線電機在數控機床上應用的現狀
  近幾年,國際上對數控機床采用直線電機顯得特別熱門,其原因是:
  為了提高生產效率和改善零件的加工質量而發展的高速和超高速加工現已成為機床發展的一個重大趨勢,一個反應靈敏、高速、輕便的驅動系統,速度要提高到40~50m/min以上。傳統的“旋轉電機+滾珠絲杠”的傳動形式所能達到的最高進給速度為30m/min,加速度僅為3m/s2。直線電機驅動工作臺,其速度是傳統傳動方式的30倍,加速度是傳統傳動方式的10倍,最大可達10g;剛度提高了7倍;直線電機直接驅動的工作臺無反向工作死區;由于電機慣量小,所以由其構成的直線伺服系統可以達到較高的頻率響應。
  1993年,德國ZxCell-O公司推出了世界上第一個由直線電機驅動的工作臺HSC-240型高速加工中心,機床主軸最高速達到24000r/min,最大進給速度為60n/min,加速度達到1g,當進給速度為20m/min時,其輪廓精度可達0.004mm。美國的Ingersoll公司緊接著推出了HVM-800型高速加工中心,主軸最高轉速為20000r/min,最大進給速度為75.20m/min。
  1996年開始,日本相繼研制成功采用直線電機的臥式加工中心、高速機床、超高速小型加工中心、超精密鏡面加工機床、高速成形機床等[1]。
  我國浙江大學研制了一種由直線電機驅動的沖壓機,浙江大學生產工程研究所設計了用圓筒型直線電機驅動的并聯機構坐標測量機[2]。2001年南京四開公司推出了自行開發的采用直線電機直接驅動的數控直線電機車床,2003年第8屆中國國際機床展覽會上,展出北京電院高技術股份公司推出的VS1250直線電機取得的加工中心,該機床主軸最高轉速達15000r/min。

直線電機的工作原理
  直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能,而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉電機按徑向剖開,并展成平面而成,如圖1所示。

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