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直線電機vs滾珠絲桿綜合性能對比

發(fā)布時間:2017-08-26 12:22:51 閱讀次數(shù):150 文章來源:深圳博智達機器人
導讀: 直線電機 作為動力源使?jié)L珠絲杠軸旋轉(zhuǎn),從而轉(zhuǎn)化為軸向驅(qū)動,這時的滾珠絲杠有兩個作用:一是驅(qū)動作用;二是在產(chǎn)生加工所需切削推力的同時,承受切削反力等負載的作用。滾珠絲...
直線電機vs滾珠絲桿綜合性能對比
直線電機作為動力源使?jié)L珠絲杠軸旋轉(zhuǎn),從而轉(zhuǎn)化為軸向驅(qū)動,這時的滾珠絲杠有兩個作用:一是驅(qū)動作用;二是在產(chǎn)生加工所需切削推力的同時,承受切削反力等負載的作用。滾珠絲杠的螺距因?qū)С?每轉(zhuǎn)的移動距離)而異。通過螺距將電機的旋轉(zhuǎn)周向力轉(zhuǎn)換為軸向力,即還起著減速機的作用,使很小的電機也能產(chǎn)生很大的軸向力,滾珠絲杠確實是一種非常重要的機械部件。
 
線性電機則不具有減速機的作用。因此,在承受切削反力,或停止時都要耗費很大的電力,這是它的缺點。其優(yōu)點是,可通過線性標尺在作用點(加工點)附近進行位置檢測。還由于零件數(shù)量少,組裝零件時相互間的誤差也較少,定位精度優(yōu)良。它沒有通常電機、絲杠驅(qū)動中的旋轉(zhuǎn)運動,不受離心力等的影響,因此速度可達絲杠驅(qū)動時的2倍以上。今后以線性電機為主要應用領域的是通過超高速主軸加工的無切削推力的精細加工和亞微米精度加工。
      電機是一種取代旋轉(zhuǎn)運動而產(chǎn)生直線運動的電機。推進力直接產(chǎn)生在運動部件(滑臺)上,不再需要用于將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動的附加機構。因此其定位和重復精度較高,同時具有較高的速度和加速度。結構上較少的摩擦件保證了高可靠性。直線電機免維護,噪聲也較低。但是,采用直線電機的整個機器結構沒有緩沖,所以控制系統(tǒng)復雜,還需要采取防護措施解決磁鐵吸引切屑以及散熱等問題。價格也比滾珠絲杠貴。
滾珠絲杠傳動系統(tǒng),在運行方向上具有較高的剛度,同時具有較高的精度和較低的噪聲,同直線電機相比具有更高的進給力,但是速度和加速度較低,維護要求也相對較高。
在滾珠絲杠和直線電機的認識上還存在一種誤區(qū),認為把原來機床的絲杠換為直線電機就行了,雖然這可以簡化機床的機械結構,但并不一定意味著機械設計簡單。因為機床在高速運行的情況下,并不是一個完全的剛體,會有一些變化,對于機床這種動態(tài)性能的研究國內(nèi)還欠缺一些,從設計手段、設計方法上可能對這方面研究比較少。這樣就會造成國內(nèi)一些現(xiàn)象,原來很有愿望去試驗一下這種高技術,就去試驗,結果試驗不好,就放棄了。也沒有深入研究為什么,或者從方法上去改進,這就是問題所在。
國外使用直線電機的時候也會遇到同樣的問題,如在運動過程中,主軸箱是方形的,但實際上在高速運行的情況下擺動了,精度就受到影響了。低速運行的時候可能不是很明顯,但高速的時候就體現(xiàn)出來了。直線電機技術用在機床上的時候需要與系統(tǒng)配套起來,而不僅是一個零件,目前可應用于汽車生產(chǎn)線24h的工作,因此這種動態(tài)的問題,是主機廠商今后需要迫切解決的問題。
在大型的設備中使用直線電機還是具有一定優(yōu)勢的,因為直線電機的次級是通過一段段連續(xù)拼接安裝在機床床身上的,可以預先計算出需要的比例,可以降低費用。
20世紀90年代直線電機作為機床驅(qū)動裝置進入了市場并被應用于數(shù)控機床上面。直線電機的最大優(yōu)點在于300m/min的高速度。在速度這點上直線電機超過了滾珠絲杠近3倍。在超高速的運行條件下,直線電機占有無與倫比的優(yōu)勢。
但滾珠絲杠相對直線電機又有著它獨特的優(yōu)勢:價格優(yōu)勢——滾珠絲杠的價格要遠遠低于直線電機,從生產(chǎn)成本上來講也是如此;低耗能——直線電機的耗能是滾珠絲杠的好幾倍,這意味著會帶來很多不經(jīng)濟的問題;高剛性——使用滾珠絲杠的機床剛性大于使用直線電機的機床;磁性——使用直線電機的機床在工作臺周圍形成很強的磁場,這種磁場會吸附鐵屑,對數(shù)控機床的生產(chǎn)過程產(chǎn)生負面的影響。
市場上除了直線電機和滾珠絲杠外還有其他一系列的直線傳動裝置,如齒條、液壓缸或者氣壓缸。滾珠絲杠在過去的幾十年中,由于它的經(jīng)濟性,低耗能和高剛性在該領域占據(jù)主導地位,市場份額不斷增加,未來也將繼續(xù)扮演重要角色。
在高速和超高速加工中,要求高的動態(tài)特性和控制精度;瞬間達到高速和在高速運行中瞬間準停;振動小、噪聲低、運行平穩(wěn);可靠性高、壽命長。在各類線性驅(qū)動元部件中,精密高速滾珠絲杠副和直線電機是大型、精密、高速數(shù)控裝備的快速伺服進給系統(tǒng)中能滿足上述要求的核心功能部件。
線電機作為一種機電系統(tǒng),具有高速響應、高定位精度、動剛度高、速度快、加減速過程短、行程長度不受限制、運動安靜、噪聲低、效率高的特點。將機械結構簡化,電氣控制復雜化,符合現(xiàn)代機電技術的發(fā)展趨勢。但直線電機也有很多不足,除了成本高以外,在全數(shù)字控制技術、散熱、隔磁、電磁干擾、零位方式、增大推力、降低能耗、部件模塊化等方面還有大量的基礎工作要做。
由于滾珠絲杠副優(yōu)良的滾動摩擦特性和傳動效率高(η=90%~95%)、傳動敏捷靈活等功能,使其具備提速的有利條件。因此,與直線電機相比,精密高速滾珠絲杠副不但具有成本低的優(yōu)勢,同時便于全數(shù)字控制、易于冷卻發(fā)熱量小、無電磁輻射、可實現(xiàn)較大的軸向推力、傳動效率高、部件模塊化已經(jīng)成熟等優(yōu)點,在很多領域直線電機無法代替或在相當長的時間內(nèi)無法代替。

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