直驅(qū)數(shù)控系統(tǒng) 性能特點(diǎn)及應(yīng)用介紹

　　1 電機(jī)對比

　　伺服電機(jī)：伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件 運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng) 控制對象。

　　直線電機(jī)：是 一 種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械 能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。它可以看成 是一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)按徑向剖開，并展成平面而成。

　　如圖1所示。

　　2 性能對比

　　(1)驅(qū)動(dòng)方式

　　直驅(qū)數(shù)控系統(tǒng)：直接驅(qū)動(dòng)。電機(jī)與被驅(qū)動(dòng)工件之間， 直接采用剛性連接，無需絲桿、齒輪、減速機(jī)等中間環(huán) 節(jié)，最大程度上避免了傳動(dòng)絲桿傳動(dòng)系統(tǒng)存在的反向間 隙、慣性、摩擦力以及剛性不足的問題。

　　伺服數(shù)控系統(tǒng)：電機(jī)于被驅(qū)動(dòng)之間需要經(jīng)過傳動(dòng)環(huán)節(jié) (絲桿、齒輪齒條、皮帶)，存在摩擦和反向間隙，傳動(dòng) 環(huán)節(jié)多，剛性低。由于誤差放大器的影響，回路增益及響 應(yīng)速度受到限制。

　　圖 1 伺服電機(jī) VS 直線電機(jī)

　　(2)高速度

　　直驅(qū)數(shù)控系統(tǒng)：正常高峰速度可達(dá)5-10m/s。

　　伺服數(shù)控系統(tǒng)：速度一般限制于1m/s，產(chǎn)生的磨損 量也較高。

　　(3)高加速度

　　由于動(dòng)子和定子之間無接觸摩擦，直線電機(jī)能達(dá)到較 高的加速度;較大的直線電機(jī)有能力做到加速度3-5g， 更小的直線電機(jī)可以做到30-50g以上(焊線機(jī))。

　　(4)高精度

　　由于采用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，大大減小了中間機(jī)械傳動(dòng)系 統(tǒng)帶來的誤差。采用高精度的光柵檢測進(jìn)行位置定位，提 高系統(tǒng)精度，可使得重復(fù)定位精度達(dá)到1μm以內(nèi)，滿足超 精密場合的應(yīng)用。

　　(5)運(yùn)動(dòng)速度范圍寬

　　直線電機(jī)運(yùn)行的速度最低可實(shí)現(xiàn)1μm/s，最高可實(shí)現(xiàn) 10m/s，滿足各種場合需求。

　　3 阿帕斯直驅(qū)應(yīng)用對比

　　阿帕斯數(shù)控是一家專注設(shè)計(jì)、制造中高端直驅(qū)數(shù)控機(jī)床的企業(yè)，控股母公司為直線電機(jī)行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)——來 自新加坡的雅科貝思精密機(jī)電(上海)有限公司。阿帕斯 數(shù)控依托于母公司核心產(chǎn)品——直線電機(jī)、DDR直驅(qū)電 機(jī)，自主開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造基于直驅(qū)技術(shù)的中高端數(shù)控機(jī) 床。

　　傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)組成的數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)，零件比較 多，操作比較復(fù)雜， 一般是由伺服電機(jī)+軸承+聯(lián)軸器+ 絲杠+構(gòu)成該系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，這樣的一 套系統(tǒng)， 其慣性質(zhì)量大， 動(dòng)態(tài)性能的提高受到了很大的 限制。零部件在運(yùn)動(dòng)的過程中產(chǎn)生的彈性變形、摩擦損耗 以及難以消除，且隨著使用時(shí)間的增加該弊端會(huì)越來越突 出，造成定位的滯后和非線性誤差，從硬件上嚴(yán)重影響了 加工精度。

　　而運(yùn)用了直線電機(jī)的阿帕斯機(jī)床實(shí)現(xiàn)了“零傳動(dòng)”。 通過電磁效應(yīng)，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，不需要任何 的中間機(jī)構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、彈性形變、反向間隙、摩 擦、振動(dòng)、噪音及磨損等不利因素，極大地提高了伺服系 統(tǒng)的快速反應(yīng)能力和控制精度(見圖3)。直線電機(jī)因傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)簡單，減少了插補(bǔ)滯后的問題，定位精度、重現(xiàn)精 度、絕對精度，通過位置檢測反饋控制都會(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。

　　阿帕斯機(jī)床所使用的直線電機(jī)具有有鐵芯技術(shù)， 低齒 槽力效應(yīng)，高響應(yīng)和帶寬， 高推力低質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。該由雅 科貝思生產(chǎn)的電機(jī)小體積、大推力、高響應(yīng)，可以選擇水 冷、自冷適用于各類高速高精的自動(dòng)化及機(jī)床設(shè)備。

　　圖 2 傳統(tǒng)伺服 + 絲杠機(jī)床結(jié)構(gòu)：響應(yīng)性滯后，精度損失大，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭矩通過多次轉(zhuǎn)換才能推動(dòng)負(fù)荷

　　圖 3 直驅(qū)電機(jī)機(jī)床結(jié)構(gòu)：響應(yīng)性提高，精度損失小，直線電機(jī)推力直接作用于負(fù)載

　　和傳統(tǒng)機(jī)床相比，運(yùn)用了直驅(qū)技術(shù)的阿帕斯機(jī)床有著 天然的優(yōu)勢，如具有精度高(精度直接取決于控制技術(shù)和 傳感技術(shù))、速度快(直線電機(jī)可達(dá)100m/min，力矩 電機(jī)可達(dá)500rpm) 、無磨損(沒有機(jī)械磨損) 、無間隙 (沒有機(jī)械物理間隙)、受力狀態(tài)優(yōu)良(區(qū)域出力，沒有 點(diǎn)接觸和線接觸受力環(huán)節(jié))等等，可以很好地應(yīng)用在機(jī)床 行業(yè)，并大力推動(dòng)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展。

　　4 APLOS直驅(qū)機(jī)床展示

　　(1)U400S超高速全直驅(qū)五軸精密加工中心

　　U系列是阿帕斯數(shù)控的一款全直驅(qū)搖籃式五軸加工中 心， 床身采用最高標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)材料制造， 具有出色的熱 穩(wěn)定性和吸震性， 性能穩(wěn)定可靠， 被應(yīng)用到模具生產(chǎn)加 工領(lǐng)域，奔馳件輪廓精度可達(dá)0.01mm以內(nèi)，表面粗糙度 Ra<0.4，其超高的精度超越了大部分的機(jī)床。綜合切削 效率超越傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式的同型五軸機(jī)床100%，高精度定 位<4μm，重復(fù)定位<3μm(全行程 VDI 標(biāo)準(zhǔn))可以為五軸 加工提供完美的解決方案。

　　(2)U600超高速全直驅(qū)五軸精密加工中心

　　五軸聯(lián)動(dòng)加工輪廓精度±0.020mm，可滿足各類葉 輪、精密復(fù)雜輪廓零件、模具等加工精度需求。500cc/ min的單刀粗加工去除能力， 以及1g加速度+20m/min 切削速度支持的擺線銑能力，使得U600的粗加工能力超 越普通同型號(hào)五軸機(jī)床100%以上的粗加工效率，真正地 實(shí)現(xiàn)高速五軸加工。

　　(3)SW1613S超高速精密橋式(天車)五軸龍門

U400S                              U600