2017年5月31日

高速立式加工中心中直線進給的特殊問題

滿足高速立式加工中心進給驅動要求的直線電動機以交流直線電動機為主，進給驅動單元主要由直線電動機(初級、次級)、工作臺、測量反饋系統以及冷卻板等組成，如圖1所示。電動機的初級(含鐵芯的通電繞組)安裝在立式加工中心工作臺的下部，構成直線電動機的動件;次級由硅鋼片疊裝組成，其上等間隔安裝有永磁體，構成直線電動機的定件，定件安裝于床身導軌之間。直線電動機通電后，在定件與動件之間的間隙中產生強大的行波磁場，依靠磁力，推動著機床工作臺作快速直線運動。量反饋系統中的檢測裝置可采用高精度光柵、磁效應檢測裝置等。測量反饋系統即可以為直線電動機控制動子磁極位置提供信息，又可對機床運動部件的實際位移進行精確檢測，以實現對機床運動的全閉環反饋控制。由于直線伺服系統是把被控對象與直線電動機作為一體化結構，不需要中間運動形式變換而直接做直線運動的推力裝置，因此，在高速數控機床伺服驅動系統中，直線電動機的電磁推力波動，特別是端部效應引起的推力變化都將直接影響伺服系統性能。導致電動機推力波動的原因有多方面，主要可以分為系統外部擾動和內部擾動兩部分。系統外部擾動主要包括負載阻力擾動和摩擦擾動:為使電動機帶動負載做直線運動，必須克服負載阻力，而負載的變化又會改變負載阻力的大小，造成電動機速度的波動;摩擦擾動主要包括靜摩擦、滑動摩擦和粘滯摩擦，這些摩擦力作為變化的擾動量都將影響電動機的推力。系統內部擾動主要是由系統結構、參數變化等造成的，主要包括以下幾個方面: 齒槽推力波動:系統在無電樞電流的情況下，動子運動時，由于動子齒槽的存在或動子鐵心磁阻的變化而產生的推力波動。紋波推力波動:由反電動勢或動子電流諧波引起的脈動推力。該推力實質是由定子和動子諧波磁場相互作用產生的。電磁推力波動:系統動子繞組電流激勵磁場與定子磁阻變化相互作用而產生的推力波動。永磁體磁鏈諧波擾動:溫度變化、永磁體充磁的不均勻性、電流過載飽和時的電樞反應等都會改變永磁體特性。端部效應:由于鐵心開斷而在氣隙中出現脈振磁場和反向行波磁場的效應稱為第一類縱向邊緣效應;當直線電動機的動子以很高的速度相對于定子運動時，在定子的進人端和離開端還會產生磁場畸變，稱為第二類縱向邊緣效應。在高速數控立式加工中心中，由于推力波動的存在，往往會導致加工產品表面出現劃痕，從而降低產品質量，為了提高系統的伺服性能，需采取適當的措施對推力波動加以抑制。一方面，可以通過電動機優化設計來減小推力波動，但由于實際中優化設計方法的局限性，加工手段、成本及環境的制約，經優化設計的系統仍存在推力波動。因此，另一方面，可以采用相應的控制技術來進一步提高其推力性能。

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