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从机床展览会上看直线电动机的应用前景

1 机床展览会上的直线电动机展品 分析12届EMO展览会(汉诺威，1997年)上最有前途的展品表明，在高速机床的进给机构中愈来愈多的采用直线电动机传动装置。传统的进给机构传动装置包括旋转运动的电动机和将旋转运动转变成直线运动的机械传动装置(滚珠丝杠副、齿条等)，它们的技术特性已不符合高工艺性概念的机床要求，因其最大位移为6m，最大速度为60m/min，加速度＜10m/s2。

在实现高工艺性概念的机床上，最好采用直线电动机传动。这种电动机无需利用机械传动装置，可实现直接驱动。在结构上，它是直线位移机构的传动元件和执行元件相结合，并具有高的静刚度和动刚度。这种传动装置有显著的技术特性：最大位移不限，最大速度为150～210m/min；加速度可达50m/s2。与传统结构相比，尽管直线电动机传动装置有下列缺点，如效率损耗较大，且相对不高；工作区附近发热较大；引起寄生磁场、排屑较复杂、成本较高等，但可保证进给机构较高精度。

早在10届EMO展览会(汉诺威，1993年)上，仅德国EX-Cell-O一家公司展出带直线电动机的机床，而在12届EMO展览会上就有20多家公司展出这种传动装置。其中一些公司列于表1。表1 12届EMO展览会展出带直线电动机的机床机床制造公司机床类型直线传动装置的制造公司

(全部德国)Trumpf(德国)激光机床Siemens/Krauss MaffeiJung(德国)磨 床Siemens/Krauss Maffei

(X轴)Renault Automation

(法国)加工中心Siemens/Krauss Maffei

(X、Y、Z轴)Saimp(意大利)磨 床Siemens/Krauss MaffeiGrob-Werke(德国)加工中心Siemens/Krauss Maffei

(X、Y、Z轴)Ex-Cell-O(德国)加工中心Siemens/Krauss Maffei

(X、Y、Z轴)Hller Hille(德国)加工中心Siemens/Krauss Maffei

(X、Y、Z轴)Danobat(西班牙)加工中心Siemens(X、Y、Z轴)Deckel Maho(德国)铣 床Siemens/Krauss MaffeiKirby Engineering

(澳大利亚)珩磨机Siemens/Krauss MaffeiHeller(德国)加工中心Krauss Maffei

(X、Y、Z轴)Ex-Cell-O(德国)高速加工中心IndramatNUM(法国)展览的试验台Krau汽车养护ss Maffei

上一代直线电动机(80年代设计)是基于经典的电机械并应用二者的独特结合不断推动经济繁华、环境改良和社会进步直线传动装置工艺，因单位动力指标不高，故应用部门有限，其主要用于绘图仪和测量机。随着新型磁性材料(Nd-Fe-B)和特殊方法冷却电动机的出现，为建立经济型高速高动力直线电动机创造了条件。 2 直线电动机的分类和特点 按能量转换定理，进给宣威机构的直线电动机可分为同步电动机和异步电动机，而按结构可分为无罩壳电动机和封闭式电动机(带伸出杆)。根据对单位动力指标的要求，直线电动机可有气冷系统和液冷系统。

无罩壳同步直线电动机是由初级模块和次级模块所组成。初级模块有三相绕组，其尺寸固定且与电动机的型式有关，安装在机床的活动部件内。次级模块的长度与最大坐标位移有关，因此它由单独统一的带永久磁铁的元件所组成。

无罩壳异步直线电动机由有三相绕组的初级模块和一个或若干个有鼠笼绕组的次级模块所组成。封闭式异步直线电动机由带三相绕组的如果是油管破裂固定部分和带短路环形式绕组的伸出杆所组成。

同步和异步直线电动机相比较，同步直线电动机的优点是，恒进给力高、初级和次级模块内的气隙较大、不必冷却次级模块；缺点是，要用永久磁铁配备次级模块，从而使装配复杂化，电动机较昂贵，尤其在位移较大时。另外，必须采用绝对测量系统或霍耳传感器(转子定位系统)。异步直线电动机的优点是，当电动机去激励时无磁力，从而易于装配；缺点是，初级和次级模块之间的气隙较小，必须强制冷却次级模块，且进给力较小。

直线电动机的控制系统一般是数字微处理机适应系统，不连续性＜0.5ms，通频带＞2kHz。位置传感器为线位移传感器，刚性固定在机构上，不连续性≤0.1 mm。3 直线电动机的工业系列 带直线电动机的进给传动装置现已有一些公司生产。例如，Indramat公司研制了最完整系列的直线电动机，包括LSF厨具加盟系列无罩壳同步直线电动机，LAF系列无罩壳异步直线电动机和LAR系列封闭式异步直线电动机(表2)。直线电动机的控制系统有标准接口SERCOS(IEC1491)，它可保证与各种改型的数字变换器和程序控制器的兼容性。表2 几种直线电动机系列的技术特性电动机

系列力

(N)速度

(m/min)加速度

(m/s2)工作行程长度

(mm)防护型式LSF

LAF

LAR20000

9000

—200

200

——

—

250不限

不限

220IP65

IP65

IP65

Siemens(西门子)公司建立了在IFNI型同步直线电动机基础上的带永久磁铁的进给传动装置系列。它们可保证最大位移达50m，配备有强制水冷系统，防护型式IP54。在控制系统中采用力求体现新材料与产业利用的融会数字变换器SIMODRIVE 611。这些直线