直线电机控制在精密仪器中的应用.doc

直线电机控制在精密仪器中的应用
摘要
本文介绍了直线电机的工作原理,通过与传统旋转电机对比分析其工作特点,同时介绍了直线电机在精密测量中的应用实例及发展前景。直线电机控制系统具有结构简单、重量轻、惯性小、速度和加速度大、动态响应快等优点,对于促进数控机床的高速精密化具有十分重要的理论研究意义和实际应用价值。
【关键词】直线电机数控机床精密测量
直线电机,是一种将传统的旋转电机沿轴线方向切开后,将旋转电机的初级展开作为直线电机(线性马达)的定子,次级通电后在电磁力的作用下沿着初级做直线运动,即直线电机(线性马达)的转子。直线电机作为一种传动装置,能够将电能直接转换成直线运动机械能,而不需要任何中间转换机构。
1 直线电机的工作原理
直线电机根据初级次级的长度,可分为长初级短次级、短初级长次级两种结构,初级长度与次级长度不相等,可保证相对运动是彼此之间的有效气隙分为不变。从经济的角度考虑,由于初级制造费用一般要高于次级、而且存在长距离通电或分段供电的问题,所以直线电机通常?用短初级长次级结构。直线电机按其形状来分,可分为圆筒型结构,扁平型结构,弧型结构等,目前,市面上应用最为广泛的是扁平型结构。扁平型结构直线电机,又可分为单边型结构与双边型结构两种。由于单边型结构仅有一侧安放初级,使得初级、次级之间存在很大的法向力,该法相力对电机的结构与安装会产生一定影响,故此种结构的电机使用较少。而双边型结构则是在次级两侧安放初级,或者在初级两侧安放次级,该结构可使得两侧的法向力可以相互抵消,同时也能提高电机的加速度。
2 直线电机的工作特点
由于直线电机可以不需要借助任何中间转换机构即可产生直线运动,特别适用于直线运动场合。与传统旋转电机相比,采用直线电机驱动的装置具有以下优点:
(1)直线电机中动子可以与负载直接相连产生直线运动,不需要链条、丝杠等中间传懂机构,可大大提高传递效率。
(2)由于中间传动连接附件少,是的直线电机运动系统结构简单,进而降低了由机械摩擦带来的噪声干扰,又由于其本身结构简单,从而可以打打提高系统的可靠性。
(3)直线电机可以在短行程内通过自身的极大加速度产生极高的直线速度。
(4)直线电机不受离心力束缚,故其直线运行速度也无限制。
(5)直线电机初级形状规则,易于封装,可用环氧树脂等化学材料对其安放后的电枢绕组进行封装,使其免受化学液体或雨水等的侵入,能更方便的应用在恶劣的工作环境中。
3 直线电机在精密测量中的应用及前景
随着数控技术的发展,促使集多种测量功能于一身的测量设备开始出现。高速。高精度和智能加工、工件快速一次完成等工作要求被越来越广泛的提出,这就要求如今的设备具有更好的动态性能和控制精度,并且可以多轴联动。而采用旋转电机,需经过齿轮、皮带、丝杠副等多重机械传动环节。传统的旋转电机机械结构复杂,传动效率利用率低,并且多级传动机构中的每个环节都存在滞后,串联滞后导致系统的动态性能降低,同时会引起误差积累从而使得加工精度降低。
表1给出了采用数字控制的直线电机进给系统与滚珠丝杠进给系统的性能对比,通过比较数据,可得直线电机更适于现代高速加工。
大型测量设备需要拼接丝杠,使得精度降低,机械刚度降低,而采用直线电机,由于其定子或动子可以无限加长,可以满足测量设备长行程