近十年来,驱动技术和控制系统的进步,推动了加工中心结构的不断创新和性能的不断提高。电主轴、
直线电机、转矩电机和快速数控系统的应用对提高加工中心的高速、高动态和高加工精度起了决定性的作用。但同时
直线电机在加工机床中也会出现一系列问题,主要有以下四种问题:
隔磁及防护问题。旋转电机磁场是封闭式的,而直线电机磁场是敞开式的,并且就在机床工作台附近,其工件、切屑和工具等磁性材料很容易被该磁场吸住,而妨碍其正常工作。为此,虽然采用电磁式要比永磁式好一点,但其隔磁防护仍不能忽视。并且还需考虑对机床冷却液、润滑油等的防护。
发热问题。由于
直线电机直接处于散热条件较差的机床内部,其初、次级绕组在进行电磁能量转换过程中所产生的热量,特易使温度T升高;并且T的升高又将引起电机绕组阻值R增大,该时为确保驱动力输出不变,就要增大其电流I,反过来I的增大又将使T升高,从而形成恶性循环的正反馈过程。又由于
直线电机的绕组、铁芯就贴在机床导轨上,其结果将严重引起机床导轨热变形。
负载干扰问题。
直线电机传动控制只能是全闭环控制。其工作台负载(工件重量、切削力等)的变化,对一个稳定系统来说就是外界干扰,若自动调节不好就会引起系统震荡而失稳。
因此对整个直线进给驱动系统来讲,除了要求
直线电机有较强的带负载能力外,还得同时具备速度、位置检测负反馈,和高速信息传输、校正、响应能力。并且也应尽量减小导轨间的摩擦阻尼,如采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨。另外在加大
直线电机容量的同时,若适当增加工作台自重,对减小其负载干扰系数会有作用。
垂直进给中的自重问题。当直线步进电机应用于垂直进给机构时,由于存在拖板自重,因此得解决好
直线电机断电时的自锁问题和通电工作时重力加速度对其影响问题。为此,除了增加合适的平衡配重块(或用液压支承),断电时采取机械自锁装置外,还得在伺服驱动控制模块上采取相应的措施。