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

文:文/阿帕斯數(shù)控機(jī)床制造(上海)有限公司 | 2023年第四期 (0) | (0)

  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。

圖片5.png圖片6.png

  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。

圖片7.png

  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

圖片8.png

  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

圖片9.png第71頁-119.PNG

U400S                              U600


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