图1 双直线电机水平进给平台主视图
图2 双直线电机水平进给平台立体结构图
如图2所示,两个永磁直线同步电机分别布置在工作台运动模块的两侧,组成A字型结构水平进给平台。利用动子与定子之间的法向磁吸力来实现了两个永磁直线同步电机法向磁吸力水平方向的分力抵消为零,垂直方向的分力抵消了工作台的部分重力,减小了滑块和直线导轨之间的摩擦力。定子连接块、动子连接块横截面的梯形设计可以在数控机床的床身、立柱等基础部件不改变的情况下更好地安装该水平进给平台。
电机发热问题
永磁直线同步电机运行时,由于铜损和铁损,线圈会发热,其温度将会超过100℃,永磁直线同步电机本身由于结构简单,其散热效果还是比较好的。但是当电机应用于数控机床时,通常安装在机床内部,造成散热困难。
图3 某型号直线电机的表面发热特性
如图3所示为某型号直线电机的表面的发热特性,横坐标表示电机的连续额定推力的百分比,纵坐标表示动子热力学温度变化。可知即便在水冷的条件下,动子表面的温升仍有15K以上。对于直线电机负荷变化频繁的情况,初级的发热量变化也会较大,若机床的精度要求较高,则很难满足要求。
永磁直线同步电机的绕组、铁芯就处在机床导轨附近,将严重引起机床导轨热变形,进而影响机床的加工精度。动子温度的升高将引起内部绕组阻值的增大, 为使输出力矩保持不变,就要增大绕组上的电流,反过来电流的增大又会使温度升高, 从而形成恶性循环。所以在高档数控机床上应用直线电机驱动技术,解决好其散热问题是至关重要的。
隔磁与防护问题
永磁直线同步电机要在机床定子钢板上安装一排强磁的永久磁铁,而切屑、工件和工具等磁性材料很容易被永磁直线同步电机的磁场吸住,使装配、加工很难进行。应用于高档数控机床上的直线电机动子和定子之间的间隙约为1mm,当磁性切屑和空气中的磁性尘埃被吸入永磁直线同步电机的动子与定子之间很小的气隙中,就会造成气隙间距变的更小甚至堵塞,所以应采取有效的隔磁防护措施。
例如,南通科技的VH1100高速立式加工中心设计上使用了新颖的循环防护板结构的防护装置,在加工区,无接缝的防护钢带被夹持在贴有塑料导轨板的导向槽内,导向槽与钢带的配合是该技术的关键。
永磁直线同步电机两端要有缓冲防护装置和电子限位开关,防止动子失控后的碰撞。对电缆线要加保护拖链,输出信号线还要加屏蔽体。并且还需考虑对机床冷却液、润滑油等的防护。
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