高速立式加工中心中直線進(jìn)給的特殊問(wèn)題
滿(mǎn)足高速立式加工中心進(jìn)給驅(qū)動(dòng)要求的直線電動(dòng)機(jī)以交流直線電動(dòng)機(jī)為主，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元主要由直線電動(dòng)機(jī)(初級(jí)、次級(jí))、工作臺(tái)、測(cè)量反饋系統(tǒng)以及冷卻板等組成，如圖1所示。電動(dòng)機(jī)的初級(jí)(含鐵芯的通電繞組)安裝在立式加工中心工作臺(tái)的下部，構(gòu)成直線電動(dòng)機(jī)的動(dòng)件;次級(jí)由硅鋼片疊裝組成，其上等間隔安裝有永磁體，構(gòu)成直線電動(dòng)機(jī)的定件，定件安裝于床身導(dǎo)軌之間。直線電動(dòng)機(jī)通電后，在定件與動(dòng)件之間的間隙中產(chǎn)生強(qiáng)大的行波磁場(chǎng)，依靠磁力，推動(dòng)著機(jī)床工作臺(tái)作快速直線運(yùn)動(dòng)。量反饋系統(tǒng)中的檢測(cè)裝置可采用高精度光柵、磁效應(yīng)檢測(cè)裝置等。測(cè)量反饋系統(tǒng)即可以為直線電動(dòng)機(jī)控制動(dòng)子磁極位置提供信息，又可對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位移進(jìn)行精確檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的全閉環(huán)反饋控制。由于直線伺服系統(tǒng)是把被控對(duì)象與直線電動(dòng)機(jī)作為一體化結(jié)構(gòu)，不需要中間運(yùn)動(dòng)形式變換而直接做直線運(yùn)動(dòng)的推力裝置，因此，在高速數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，直線電動(dòng)機(jī)的電磁推力波動(dòng)，特別是端部效應(yīng)引起的推力變化都將直接影響伺服系統(tǒng)性能。 導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)推力波動(dòng)的原因有多方面，主要可以分為系統(tǒng)外部擾動(dòng)和內(nèi)部擾動(dòng)兩部分。 系統(tǒng)外部擾動(dòng)主要包括負(fù)載阻力擾動(dòng)和摩擦擾動(dòng):為使電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載做直線運(yùn)動(dòng)，必須克服負(fù)載阻力，而負(fù)載的變化又會(huì)改變負(fù)載阻力的大小，造成電動(dòng)機(jī)速度的波動(dòng);摩擦擾動(dòng)主要包括靜摩擦、滑動(dòng)摩擦和粘滯摩擦，這些摩擦力作為變化的擾動(dòng)量都將影響電動(dòng)機(jī)的推力。 系統(tǒng)內(nèi)部擾動(dòng)主要是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)變化等造成的，主要包括以下幾個(gè)方面: 齒槽推力波動(dòng):系統(tǒng)在無(wú)電樞電流的情況下，動(dòng)子運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于動(dòng)子齒槽的存在或動(dòng)子鐵心磁阻的變化而產(chǎn)生的推力波動(dòng)。 紋波推力波動(dòng):由反電動(dòng)勢(shì)或動(dòng)子電流諧波引起的脈動(dòng)推力。該推力實(shí)質(zhì)是由定子和動(dòng)子諧波磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的。 電磁推力波動(dòng):系統(tǒng)動(dòng)子繞組電流激勵(lì)磁場(chǎng)與定子磁阻變化相互作用而產(chǎn)生的推力波動(dòng)。永磁體磁鏈諧波擾動(dòng):溫度變化、永磁體充磁的不均勻性、電流過(guò)載飽和時(shí)的電樞反應(yīng)等都會(huì)改變永磁體特性。 端部效應(yīng):由于鐵心開(kāi)斷而在氣隙中出現(xiàn)脈振磁場(chǎng)和反向行波磁場(chǎng)的效應(yīng)稱(chēng)為第一類(lèi)縱向邊緣效應(yīng);當(dāng)直線電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子以很高的速度相對(duì)于定子運(yùn)動(dòng)時(shí)，在定子的進(jìn)人端和離開(kāi)端還會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)畸變，稱(chēng)為第二類(lèi)縱向邊緣效應(yīng)。 在高速數(shù)控立式加工中心中，由于推力波動(dòng)的存在，往往會(huì)導(dǎo)致加工產(chǎn)品表面出現(xiàn)劃痕，從而降低產(chǎn)品質(zhì)量，為了提高系統(tǒng)的伺服性能，需采取適當(dāng)?shù)拇胧?duì)推力波動(dòng)加以抑制。一方面，可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)減小推力波動(dòng)，但由于實(shí)際中優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的局限性，加工手段、成本及環(huán)境的制約，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)仍存在推力波動(dòng)。因此，另一方面，可以采用相應(yīng)的控制技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高其推力性能。