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1、 中国机械工程年第卷第期直线电机永磁式直线 电机在单位面积推力、效率、可控性和进给平稳性等方面优于感应式直线 电机,但其磁路特性和外形尺寸等在很大程度上取决于所采用的永磁材料。如果采用高性能的新型稀土永磁合金,则工艺复杂,成本很高,其价格兀乎要占整个直线电机成本的。另外,在机床床身上铺设一块块强磁永久磁钢,对机床的装配、使用和维护也会带来诸多不便。因为床身等机床构件、装配用工具和被加工零件及切肩等,都是铁磁材料,很容易被永久磁钢吸住。空气中的磁性尘埃和其他微粒一旦被吸入直线电机初级和次级之间的微小间隙 通常只有巧“,造成堵塞,就会使直线电机无法正常工作。感应式直线 电机在不通电时是 没有磁性的
2、,因此它在机床上的安装、使用和维护等方面都比较方便。近年来通过不断改进,感应式直线电机的工作性能已接近永磁式直线 电机的水平。因此,感应式直线 电机在机床行业更加受到欢迎。一型高速进给单元采用感应式直线电机直接驱动工作台。该直线电机采用动、短初级和定、长次级的结构型式,其横截面见图。粗粗粗粗粗厂厂厂厂厂 月月月月, 戛七七液再经过“油一水热交换器”降温后,再 由油泵打入冷却板,形成冷却循环,可有效地防止工作台、导轨与床身的热变形。这个“油一水冷却系统”是与机床上的超高速电主轴共用的工作台带有直线电机初级的机床工作 台,是高 速进给单元的运动部件,其质量大小对进给系统的动态特性有很大的影响。直线
3、电机空载时工作 台所能达到的最大加速度二一丽不丽式 中,二为直线 电机 的最大推力,为机床工作台的质量,为直线电机初级的质量,。由上式可见,要得到高的加速度,一是增加直线电机的推力,一是减小移动部件的质量增加推力,必然会增大直线电机的发热量正确的办法应该是,在尽盘减小工作台质量的条件下,适当增加直线电机的推力为了轻化机床的工作台,我们采取 了以下两个措施。来斌高吸皮伪粗质材料有两类轻质材料可供选择 铝钦合金或碳素纤维增强塑料。以碳素纤维增强塑料为例,其强度、刚度比钢都高,但 密度只有铺的见表农碳素纤维抽强塑料与钢的性能对比畜度拉伸强度 弹性模比强度比模量图感应式直线电机的截面图,冷却板直线电机
4、次级工作台,螺钉直线电机初级底座次 级全 长,由段每段长拼接而成,用个定位接头来确定相邻块次级的准确的横 向相对位置见图。由于次级可由多段精密拼接而成,所以从理论上讲,直线电 机没有行程长度的限制在设计直线 电机进给单元 时,要特别注意解决好直线 电机的发热问题。直线伺服 电机是一个高发热元件,又置于工作台和机床床身之间,处于很难散热的机床“腹部”,因此必须采取特殊措施,否则会造成工作 台、导轨和床身的严重热变形。我们采用两块冷却板,把直线电机次级和初级与床身和工作 台“隔离”起来,使直线甩机的绝大多数发热量通过 冷却循环油带走,油,钢碳素纤维 增强塑料优箱设计对工作台截面形状和尺寸进行有限元
5、分析和最优化设计,以求得到满足动静刚度条件下的最小质量。通过上述两个措施,可使工作 台的质量比常规铸铁 或钢质工作台减轻左右。导轨一型直线 电机进给单元工作 台的最高运动速度高达。机床工作时,导轨将承受较大的动静载荷,并受到多方向的颠覆力矩。我们采用“四方向等载荷型”滚动导轨,见图这种滚动导轨摩擦因数仅为,而且动静摩擦因数差别很 小,可避免“爬行”,定位精度高刚度高,承载能力强精度保持性好,使用寿命长直线电机及其在超高速机床上的应用张伯霖播珊珊于兆勤等初级 带绕组恕 粼称果。位置控制的定位精度,取决于光栅的分辨率。位置闭环控制系统由于把机床进给部分也包括在环内,所以机械系统的误差可 由反馈得以
6、消除,从而可获得较高的精度。通过接口电路,本系统可实现与机床控制器的顺利对接。图感应式直线 电机的拼接式次级软球列未端亩封块朗或平板侧面密封垫图四方向等载荷型滚动导轨组装容易,设计制造周期短。一型进给单元采用 了两根长的精密级标准滚动导轨,每根导轨上带有个滚动滑块,工作台装 在块滑块上实测表明,在的全行程上,工作 台的运动平行度 为此外,在工作 台的两端,采用三维折叠式防护罩把两根滚动导轨以及其间的直线电机次级密封起来,以防止切屑或杂物落入。精密测盘及反馈控制系统由于直线 电机动件 初级已与机床工作台合二为一飞所以直线 电机进给单元只能采用闭环控制系统。此时,工作 台的负荷及其变化,对一个稳定
7、系统来说就是一种外界干扰。若自动调节不好,就会使 系统失稳而振荡。因此直线电机的伺服控制难度较大,要求也较高。图为一型直线电机高速数控进给单元的定位测量和反馈控制系统框图,采用精密光栅尺作为工作台移动的位置检测元件。位位置控控控速度控控 制制单元元元制单元元图直线电机进给控制系统框图这是一个双闭环 系统,内环是速度环,外环是位叉环。速度控制单元由速度调节器、电流调节器及功率驱动放大器等组成。感应电动机的变频调速已有成熟的控制技术,可以获得满意 的控制效优缺点和应用范围由强力、大行程直线伺服电机直接驱动机床工作台所形成 的高速进给单元,是超高速机床的一个重要组成部分,其主要优点有进路速皮 高直线
8、电机实际可用的最高速度达一。加速皮大直线 电机的最大加速度 可达。退幼平魏直线 电机和机床工作台之间没有任何机械传动环节,靠磁力推动工作台移动,因此进给运动平稳、快捷,噪声小,传动刚度大,定位精度高。起份推才大目前直 线电机 的最大推力已达,而且从理论上讲,直 线 电机不存在任何推力极限,故可获得很强的加工能力。行 租长皮不交限喇目前直线 电机的多段拼接技术已达到相当高的水平,完全能满足超长行程机床如高速导轨磨床等 的要求。直线电机存在的主要问题有成本软高由于直线电机目前尚处于初级应用阶段,生产批量很小,成本必然很高。发 热比软产 宜直线电机 安装于机床工作台下部,散热困难又处于机床一导轨的附
9、近,对机床的运动精度威 胁很大,因此必须采取强有力的散挚措施,防止机床的热变形。拉刊 系晚 比软支杂必须采用闭环控制,用光栅尺作测量元件。隔盛防吸问趁对永磁式直线电机,沿导轨方向在床身上铺 设的一长条永久磁钢,对机床的装配、操作和维护都会带来许多麻烦,必须对这种直线电机严加防护,采取有效的隔磁措施。综上所述,直线电机的应用还处于初级阶段,有些问题尚未得到 圆满的解决,加上直线电机尚未形成规模生产,成本较高,所以其应用范围 目前只限于“回转伺服 电机十滚珠丝杠”传动不能满足要求的场合,特别适用于超高速机床。但是,随着机床高速化的进一步发展,作为一种崭新的传动方式,直线电机必将在机床工业中得到越来
10、越广泛的应用。中国机械工程年第卷第期塑性成形模扒及模共技术闯家重点实脸全年月由国家计委批准筹建,年月建成,并通过国家验收。中国模具工业协会副理事长李志刚教授任实验室主任,中国工程院院士阮雪榆教授任学术委员会主任。实验室现有固定人员人,其中研究人员人,其中教授人。主要 研完方向塑性成形模拟、模具、激光快速成形、精密塑性成形工艺及模具、新型模具材料和模具表面处理等科研 成呆承担国家自然科学 基金、计划、国家攻关和省部委重点科研项目余项,止立委托的课题余项,在塑料模、汽车覆盖件、精密多工位级进模、激光快速成形技术、精 密成 形新工艺、液压机快锻、陶瓷模具材料、高性能耐磨模具材料和新型易切削模具钢的研
11、究中取得了高水平的研究成果,先后获得国家级奖励项,省部级奖励余项,获国家专利项。取得了重大的经济效益和 良好的社会效益。主要伙衷设备计算机工作站台,微机余台,装有和等软件。瑞士、日本、美国等国制造的模具加工设备台以及研究开发高性能模具材料的先进设备,如一热等静压系统、系列热分析系统。人才络养有金属塑性加工和金属材料两个博士点,有博士研究生导师人。年在读硕士研究生 “ 名,博士研究生名,博士后研究人员名。是该领域高级专门人才的培养基地之一。学术文 浇与科技合作与日、澳和加和新加坡等国在塑性成形 过程模拟、快 速成形技术、模 具和新型模具材料等方面进行合作研究。实验室对外开放,许多国内外学堵 与实
12、验室开展合作研究与学术交流。通讥地址武汉市华 中理工大学目家摸共工 程研 究中心是经国家计委批准在上海模具技术研究所基础上建立的从事模具领域 内高水平科研和成果转化的研究开发机构。负责人阮雪榆院士是国际知名的压力加工和模具专家。中心是国家批准的硕士、博士培养点和博士后流动站。与美、德、日、澳、瑞士、以色列屯新加坡等十几个国家和地区的多个研究所、工厂、大学有着广泛的科技合作和学术交往。与国外公司共同成立的技术应用中心有美国软件应用中心、美国软件应用 中心、澳大利亚技术应用中心、以色列软件应用中心、英国技术应用中心、美国特殊技术实验室、日本技术实验室、日本山本国际模具交流中心等。中心与下列企业建立
13、 了联合研究室 上海汽车工业总公司、美国福特汽车公司、中日合资上海紫燕模具成形有限公司、日本松下电工株式会社、沪台合资上海达金渔具公司、广西桂林威达集团、瑞士公司等。中心建立的合资企业有上海沙迪克软件有限公司、上海技菱软件有限公司、上海公准精密模具有限公司等。拥有先进的计算机工作站余台,各类微机余台和、等国际著名软件种套,以及先进的 电火花加工机床、线切割设备、坐标磨床、数控铣床和检测仪器二有一支高 素质的软件人才队伍,在模具、计算机图形技术、数值模拟和人工智能、温冷挤压技术、模具特种加工技术等领域取得了较大的突破和较多的科研成果,并将科研成果转化为商品,其技术水平在全国处于领先地位。通饥地址
14、上漆市上渗史通大 李参考文献张伯霖,谢影明,肖曙红超高速切削的原理与应用中国机械工程,中国机床工具工业协会考察组高速加工与下一代新机床制造技术与机床,张伯霖超高速加工 与世纪 新机床 先进制 造技术北京机械工业出版社,肠一伪,张伯霖,张志润,肖曙红超高速加工与机床的零传动 中国机械工程,了,块叫一,张伯屁男,年,月生。广东工业大学 广州市机械电子工程系主任、教授。长期从事机床热变形的研究,近几年主要从事超高速加工关性技术的研究先后主持和完成项国家 自然科学荃金项目和多项省部级宜点科研课题,其中有的填补了国内空白,达到 国际先进水平。发表论文多篇潜珊,于兆勤程光华朱炳森。广州市广东工业大学,衣一,一,一一,一记一卜,一,一,一之,一一,一,一,飞,。飞,一一百,一一一,一飞、,一一、,一一一飞一通
