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滾珠絲杠與直線電機(jī)性能比較
作者:管理員    發(fā)布于:2018-06-07 17:01:53    文字:【】【】【
摘要:1845年英國(guó)人就已經(jīng)發(fā)明了直線電動(dòng)機(jī),但當(dāng)時(shí)的直線電動(dòng)機(jī)氣隙過(guò)大導(dǎo)致效率很低,無(wú)法應(yīng)用。19世紀(jì)70年代科爾摩根也推出過(guò),但因成本高能率低限制了它的發(fā)展......

1845年英國(guó)人就已經(jīng)發(fā)明了直線電動(dòng)機(jī),但當(dāng)時(shí)的直線電動(dòng)機(jī)氣隙過(guò)大導(dǎo)致效率很低,無(wú)法應(yīng)用。19世紀(jì)70年代科爾摩根也推出過(guò),但因成本高能率低限制了它的發(fā)展。直到20世紀(jì)70年代以后,直線電機(jī)才逐步發(fā)展并應(yīng)用于一些特殊領(lǐng)域,20世紀(jì)90年代直線電機(jī)開(kāi)始應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè),現(xiàn)在世界一些技術(shù)先進(jìn)的加工中心廠家開(kāi)始在其高速機(jī)床上應(yīng)用,國(guó)外知名企業(yè)例如DMG、Ex-cell-O、Ingersoll、CINCI ATI、GROB、MATEC、MAZAK、FANUC、SODICK都陸續(xù)推出使用直線電機(jī)的高速高精加工中心。

隨著直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展,直線電機(jī)與傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠”的驅(qū)動(dòng)方式的對(duì)比引起業(yè)界的關(guān)注。

HIWIN做為世界線性產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)者,在滾珠絲杠和線性滑軌方面取得成功后,于近幾年自行研發(fā)和生產(chǎn)了直線電機(jī),并且在高速高精領(lǐng)域取得不錯(cuò)的業(yè)績(jī)。

下面主要參考HIWIN公司的先進(jìn)的高速靜音式絲杠 SUPER S 系列(DN值達(dá)22萬(wàn))和HIWIN的直線電機(jī)在幾個(gè)主要特性上做一些比較,為相關(guān)業(yè)者提供一個(gè)參考。

速度比較:

速度方面直線電機(jī)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì),直線電機(jī)速度達(dá)到300m/min,加速度達(dá)到10g;滾珠絲杠速度為120m/min,加速度為1.5g。從速度上和加速度的對(duì)比上,直線電機(jī)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì),而且直線電機(jī)在成功解決發(fā)熱問(wèn)題后速度還會(huì)進(jìn)一步提高,而“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲桿”在速度上卻受到限制很難再提高較多。

從動(dòng)態(tài)響應(yīng)上因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)慣量和間隙以及機(jī)構(gòu)復(fù)雜性等問(wèn)題直線電機(jī)也占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

速度控制上直線電機(jī)因其響應(yīng)快,調(diào)速范圍更寬,可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)瞬間達(dá)到最高轉(zhuǎn)速,高速運(yùn)行時(shí)又能迅速停止。調(diào)速范圍可達(dá)到1:10000。

精度比較:

精度方面直線電機(jī)因傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單減少了插補(bǔ)滯后的問(wèn)題,定位精度、重現(xiàn)精度、絕對(duì)精度,通過(guò)位置檢測(cè)反饋控制都會(huì)較“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠”高,且容易實(shí)現(xiàn)。

直線電機(jī)定位精度可達(dá)0.1μm。“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠”較高達(dá)到2~5μm,且要求CNC-伺服電機(jī)-無(wú)隙連軸器-止推軸承-冷卻系統(tǒng)-高精度滾動(dòng)導(dǎo)軌-螺母座-工作臺(tái)閉環(huán)整個(gè)系統(tǒng)的傳動(dòng)部分要輕量化,光柵精度要高。

若想達(dá)到較高平穩(wěn)性,“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠”要采取雙軸驅(qū)動(dòng),直線電機(jī)是高發(fā)熱部件,需采取強(qiáng)冷措施,要達(dá)到相同目的,直線電機(jī)則要付出更大的代價(jià)。

價(jià)格比較:

價(jià)格方面直線電機(jī)的價(jià)格要高出很多,這也是限制直線電機(jī)被更廣泛應(yīng)用的原因。

能耗比較:

直線電機(jī)在提供同樣轉(zhuǎn)矩時(shí)的能耗是“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠”一倍以上,“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠”屬于節(jié)能、增力型傳動(dòng)部件,直線電機(jī)可靠性受控制系統(tǒng)穩(wěn)定性影響,對(duì)周邊的影響很大必須采取有效隔磁與防護(hù)措施,隔斷強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌的影響和對(duì)鐵屑磁塵的吸附。

通過(guò)以下這個(gè)例子更容易使大家了解直線電機(jī)和“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠”的一些特點(diǎn):

日本某公司超高速龍門(mén)式加工中心。X、Y軸采用直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)V=120m/min。該公司為何不應(yīng)用“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠(HIWIN SUPER S 系列)”?因?yàn)镾UPER S雖然DN值已經(jīng)歷了從傳統(tǒng)絲杠7萬(wàn)到15萬(wàn)再到22萬(wàn)的提速進(jìn)程,但由于存在純機(jī)械傳動(dòng)的軟肋,其線速度、加速度、行程范圍的增加總是有限的。若選用Φ40×20mm的產(chǎn)品,則vmax=110m/min,因nmax=5500r/min轉(zhuǎn)速很高,行程范圍受臨界轉(zhuǎn)速Nc的制約顯然不可能太長(zhǎng)。若采用大導(dǎo)程Φ40×40mm產(chǎn)品,則Vmax=220m/min,這顯然又不能滿足定位精度高的場(chǎng)合。能達(dá)到DN值22萬(wàn)從一個(gè)側(cè)面反映了HIWIN的設(shè)計(jì)、制造水準(zhǔn)。如果我們選擇Φ40×20(雙頭)mm產(chǎn)品,在n≈4000~5000r/min,V=80~100m/min狀態(tài)下使用,其安全性、可靠性、工作壽命均可高于預(yù)期值。事實(shí)上到目前為止,在高速高精CNC金切機(jī)床中(CNC成形機(jī)床除外)速度V≥120m/min仍采用SUPER S系列驅(qū)動(dòng)的成功范例未見(jiàn)到。實(shí)際上“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠”的較佳應(yīng)用場(chǎng)合是:要求V=40~100m/min,加速度0.8~1.5(2.0)g,精度P3級(jí)以上的中檔高速數(shù)控裝備和部分高檔數(shù)控裝備。


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