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蘇州中航長風(fēng)數(shù)控科技有限公司

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成功案例
 
AC直線電動機(jī)與精密滾珠絲杠副的對比
點(diǎn)擊次數(shù):4768 更新時(shí)間:2010-09-11

AC直線電動機(jī)與精密滾珠絲杠副的對比

            德國DMG公司以批量生產(chǎn)各類高性能數(shù)控裝備著稱,在其伺服進(jìn)給系統(tǒng)中采用AC-LM較早,而且采用率也是很高的(均在機(jī)床型號后標(biāo)注“Linear”),該公司對AC-LM和PHS-BS的配置有三種類型:

  • 各坐標(biāo)軸全部配置AC-LM驅(qū)動的“快速型”數(shù)控裝備。例如:DMC85V Linear、DMC75V Linear、DMC105V Linear、DMC60H Linear、DMC80H Linear以及DML80-Fine Cutting激光加工機(jī)等。
  • 混合驅(qū)動型。例如:DMF500 Linear動柱式大型立式加工中心,在X軸(行程5m)配置AC-LM,V=100m/min;而在Y、Z軸則采用PHS-BS,V=60m/min。此外,CTV250、CTX300、CTX420、DMC104V、DMF220F、DMF360F等均屬混合驅(qū)動型。
  • 各坐標(biāo)軸全部配置PHS-BS驅(qū)動的“強(qiáng)力型”加工中心。例如:DMC63H高速臥式加工中心,X、Y、Z三軸全部采用PHS-BS驅(qū)動(Φ50,Pn=35),V=80m/min,加速度1g,定位精度0.008mm。此外還有DMC80H和DMC100H、DMC125H (duo BLOCK)以及DMC60T等。

表1 AC直線電動機(jī)與精密滾珠絲杠副的對比
  PHS-BS AC-LM 說明
線性伺服進(jìn)給系統(tǒng)主要環(huán)節(jié) CNC-伺服電機(jī)-無隙連軸器-止推軸承-PHS/BS-冷卻系統(tǒng)-滾動導(dǎo)軌-螺母座-工作臺 閉環(huán)CNC-電機(jī)動子-強(qiáng)冷系統(tǒng)-滾動導(dǎo)軌-位置感測器-工作臺 AC-LM稱為直接驅(qū)動,PHS-BS是非直接驅(qū)動
驅(qū)動線速度(m/min) 60~100(120),速度范圍有限 60~200(600),速度范圍廣 前者當(dāng)n↑,Pn↑;Vmax=200m/min;后者zui?。?µm/s
加速度(g) 0.5~1.5(2) 0.5~10 都要求運(yùn)動部件輕量化
定位、重復(fù)定位精度(µm) 較高(2~5) 很高。光柵閉環(huán)控制:0.1~0.01 AC-LM在高速位移狀態(tài)下可達(dá)亞微米級定位精度,跟蹤誤差小
運(yùn)動的平穩(wěn)性(%速度) 較好,10% 很好,1% PHS-BS采用雙頭螺紋、雙絲桿驅(qū)動可改善運(yùn)動的平穩(wěn)性
行程范圍 有限 無限 PHS-BS一般不超過5m
控制系統(tǒng) 較簡單,技術(shù)較成熟 較復(fù)雜,要求高(全閉環(huán)控制) 負(fù)載變化直接作用于AC-LM,由于端部效應(yīng)、齒槽效應(yīng)等因素,使伺服控制復(fù)雜化,難度加大
熱特性 已有較成熟的技術(shù)抑制溫升與熱變形 處于主機(jī)腹部的AC-LM是高發(fā)熱部件,需采取強(qiáng)冷措施 達(dá)到相同目的,后者要付出更大的代價(jià)
工作噪音 較低 靜音 前者已開發(fā)出高速靜音產(chǎn)品
軸向推力 較大(與絲桿參數(shù)有關(guān)) 較小(一般<10kN) 采用多臺AC-LM并聯(lián),可提高軸向推力,但布局困難
產(chǎn)生相同推力所消耗的能量 較小 較大(功率損耗超過輸出功率的50%) PHS-BS屬于節(jié)能、增力型傳動部件
壽命(h),可靠性 6000~10000,可靠性較高 ≈50000,無機(jī)械磨損,壽命長,可靠性高 PHS-BS的可靠性與制造品質(zhì)有關(guān),AC-LM的可靠性受控制系統(tǒng)穩(wěn)定性影響
對周邊的影響 沒有影響 必須采取有效隔磁與防護(hù)措施,隔斷強(qiáng)磁場對滾動導(dǎo)軌的影響和對鐵屑磁塵的吸附 AC-LM法向磁力與軸向推力之比大約為4:1~5:1
工作效率 更高,可使主機(jī)生產(chǎn)效率提高20%以上  
制造成本 比普通滾珠絲桿高,比AC-LM低得多 成本高,售價(jià)昂貴 AC-LM在中國的制造技術(shù)成熟和量產(chǎn)后,成本和售價(jià)可望下降

AC-LM和PHS-BS這兩顆明星被DMG公司活用,在其主導(dǎo)產(chǎn)品中同臺亮相,精彩紛呈。驅(qū)動方式的多樣性還表現(xiàn)在同一企業(yè)的同一型號、系列的高速數(shù)控裝備上,根據(jù)不同的使用場合,配置不同的驅(qū)動方式。例如德國Grob公司的BZ500型配置PHS-BS,而BZ500L型就配置AC-LM;日本大隈鐵工的MA-400HA型配置PHS-BS,而MAC-Star-400型配置AC-LM;德國Hueller-Hille的Specht63系列配置PHS-BS,而Specht 500L系列配置AC-LM等等。DMG和某些公司只在長行程的X軸配置AC-LM,意在提高機(jī)床的動態(tài)特性、定位精度的同時(shí),zui大限度縮短非加工時(shí)間,提高生產(chǎn)效率,而其他軸仍采用PHS-BS驅(qū)動,從而使機(jī)床的性價(jià)比對用戶更有吸引力。這種“混合驅(qū)動”的模式是吃透了AC-LM和PHS-BS兩類功能部件的“功能”而進(jìn)行的優(yōu)化組合,把zui大限度滿足用戶個(gè)性需要作為目標(biāo),在創(chuàng)新中追求*的性價(jià)比,這樣的設(shè)計(jì)理念能真正給用戶帶來實(shí)實(shí)在在的效益。“混合驅(qū)動”的模式客觀地反映了市場需求的多樣性,并折射出兩顆明星的亮點(diǎn)。
事實(shí)上,AC-LM和PHS-BS兩種驅(qū)動方式盡管各有優(yōu)勢,但也有自身的軟肋。表1對AC-LM和PHS-BS進(jìn)行了對比,由此可以看出,兩者在數(shù)控機(jī)床上都有各自*的適用范圍。
AC-LM驅(qū)動在以下數(shù)控裝備領(lǐng)域具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢:
  1. 高速、超高速、高加速度和生產(chǎn)批量大、要求定位的運(yùn)動多、速度大小和方向頻繁變化的場合。例如汽車產(chǎn)業(yè)和IT產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)線,精密、復(fù)雜模具的制造。
  2. 大型、超長行程高速加工中心,航空航天制造業(yè)中輕合金、薄壁、金屬去除率大的整體構(gòu)件“鏤空”加工。例如美國CINCINNATI公司的“Hyper Mach”加工中心(46m);日本MAZAK公司的“HYPERSONIC 1400L超高速加工中心(見圖4),x、y軸采用AC-LM,快進(jìn)速度120m/min,能將整體鋁塊鏤空成飛機(jī)零件(Z軸仍用PHS-BS)。
  3. 要求高動態(tài)特性、低速和高速時(shí)的隨動性、高靈敏的動態(tài)精密定位。例如,以Sodick為代表的新一代高性能CNC電加工機(jī)床、CNC超精密機(jī)床、新一代CPC曲軸磨床、凸輪磨床、CNC非園車床等。
  4. 輕載、快速特種CNC裝備。例如德國DMG的“DML80 Fine Cutting”激光雕刻、打孔機(jī),比利時(shí)LVD公司的“AXEL3015S”激光切割機(jī),MAZAK的“Hyper Cear510”高速激光加工機(jī)等。


圖4 日本MAZAK公司Hypersonic 1400L型超高速龍門式加工中心。X、Y軸采用直線電動機(jī)驅(qū)動V=120m/min

我們再來分析PHS-BS的*應(yīng)用場合。雖然PHS-BS的DN值已經(jīng)歷了從7萬到15萬再到20萬(22萬)的提速進(jìn)程,從表1可看出,由于存在純機(jī)械傳動的軟肋,其線速度、加速度、行程范圍的增加總是有限的。就以日本NSK公司的新一代BSS和S3系列為例,在其產(chǎn)品樣本中介紹DN值達(dá)22萬,若選用Φ40×20mm的產(chǎn)品,則Vmax=110m/min,因Nmax=5500轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速很高,行程范圍受臨界轉(zhuǎn)速Nc的制約顯然不可能太長。若采用大導(dǎo)程Φ40×40mm產(chǎn)品,則Vmax=220m/min,這顯然又不能滿足定位精度高的場合。能達(dá)到DN值22萬從一個(gè)側(cè)面反映了該企業(yè)的設(shè)計(jì)、制造水準(zhǔn)。如果我們選擇Φ40×20(雙頭)mm產(chǎn)品,在n≈4000~5000轉(zhuǎn)/分,V=80~100m/min狀態(tài)下使用,其安全性、可靠性、工作壽命均可高于預(yù)期值。事實(shí)上到目前為止,在高速CNC金切機(jī)床中(CNC成形機(jī)床除外)尚未見到要求快進(jìn)速度V≥20m/min仍采用PHS-BS驅(qū)動的成功范例。
據(jù)筆者調(diào)查分析:PHS-BS的*應(yīng)用場合是:要求V=40~100m/min,加速度0.8~1.5(2.0)g,精度P3級以上,行程范圍在3m以內(nèi)的中檔高速數(shù)控裝備和部分?jǐn)?shù)控裝備。

本文由蘇州中航長風(fēng)數(shù)控科技有限公司-電火花,快走絲中走絲,線切割機(jī)數(shù)控線切割機(jī)床,高速穿孔機(jī),高速成型機(jī)電解取毛刺機(jī)床-整理發(fā)布在 公司上。

 
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