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        直線步進電機進給系統的五種設計改造方案

        瀏覽次數:192       日期:2019-05-05
            直線步進電機,或稱線性步進電機,是由磁性轉子鐵芯通過與由定子產生的脈沖電磁場相互作用而產生轉動,直線步進電機在電機內部把旋轉運動轉化為線性運動。應用領域:直線步進電機被廣泛應用于包括制造、精密校準、精密流體測量、精確位置移動等諸多高精度要求領域。
         
        一、附加制冷機實現恒溫電機控制
        從直線電機發熱過程的分析可知,由電機產生的熱量一方面制約著其允許的電參數強度,也就制約了該電機驅動推力的大小。另一方面也將嚴重引起機床導軌熱變形。為從根本上解決該問題,可以在直線電機與機床導軌間增加一恒溫控制裝置。其方法是在直線電機與機床導軌內嵌入氟里昂制冷機的蒸發管,利用蒸發管的熱傳導進行降溫。并通過溫度反饋以實現恒溫控制。
         
        直線步進電機
         
        二、無刷直流直線電機
        由于機床進給用的直線電機驅動系統,必定要采用直線位置檢測反饋來實現全閉環控制。因此,利用其位移檢測信號與所設計的電機極距進行比較,以此來控制改變電樞繞組的電流方向。這樣即省去了電刷換向機構,又避免了電刷換向帶來的弊病,增加了其穩定性和可靠性。
         
        三、速度、位移反饋及位置測量誤差定點軟件補償
        為獲得直線電機較好的調速特性,需采用測速負反饋控制。對此,既可在直線電機內另增加一組測速發電繞組進行反饋;但也可直接利用位移測量信號,對其進行微分后作為速度信號來反饋控制。
         
        關于直線位置檢測元件的選擇??紤]激光器件成本較高,而感應同步器、磁柵又都是利用電磁感應原理檢測的,為防止直線電機自身的電磁場對其干擾,應選擇利用光電轉換原理工作的光柵較合理。
         
        為進一步提高位置檢測的分辨率和精度,基于現有的光柵檢測元件由于制造工藝等原因,在未能提高光柵玻璃直尺刻線密度的情況下,可以通過電子線路進一步細分來提高分辨率。同時采用軟件定點補償來提高精度。其方法是在整個直線位置控制裝置安裝完畢后,再借助于更高一級的位置測量裝置,如激光干涉儀,進行測量比較,設定多點并逐點進行誤差記錄,將值存入微機的EPROM中,然后運行時通過微機軟件控制,進行定點補償來提高其檢測精度。
         
        四、多極電磁式、雙邊對稱結構與磁墊懸浮導軌
        為提高直線步進電機低速運行特性,電機需設計成多磁極型。由于直線電機磁場是平攤著的,這對電機制造不會帶來很大難度。同時考慮到上述隔磁問題,其磁場應采用電磁式較好,并且這樣更便于控制。通過分析可知,直流直線電機在運行中要產生兩種力,一種是由勵磁產生的磁拉力;另一種就是由電樞繞組產生所需要的驅動推力。
        因此通過測速、位置反饋來合理調節控制其勵磁電流和電驅電流,即可較好地實現起動、加速、運行、制動、定位和自鎖等要求。為保證推力平穩,直線步進電機的布局應做成雙邊對稱結構。
         
        并且此時也可實現無機械接觸的磁墊懸浮導軌,即利用直線電機的動、定件兼作機床導軌副。為確保磁浮氣隙間的平衡,在氣隙間安裝一間隙測量傳感器,通過間隙測量來反饋控制兩側對稱勵磁繞組的電流,以改變兩側定件與動件之間的磁拉力,即兼作磁墊導軌的懸浮力,從而調整兩側對稱的磁墊氣隙間距。
         
        五、附加壓電式微步進的組合式直線電機
        為滿足超精密加工的要求,需通過微量進給、精密定位來實現。為此,可在原直線電機進給機構中再以串聯方式安置一微進給直線步進電機。該直線步進電機利用壓電陶瓷的磁致伸縮原理制成,可實現0.1~0.01μm的微小步距進給。利用該組合式直線電機,在同一臺機床上即可同時滿足快、慢速進給和微量進給、精密定位的多種切削要求。
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