AC直线电动机与精密滚珠丝杠副的对比
德国DMG公司以批量生产各类高性能数控装备著称,在其伺服进给系统中采用AC-LM较早,而且采用率也是很高的(均在机床型号后标注“Linear”),该公司对AC-LM和PHS-BS的配置有三种类型:
- 各坐标轴全部配置AC-LM驱动的“快速型”数控装备。例如:DMC85V Linear、DMC75V Linear、DMC105V Linear、DMC60H Linear、DMC80H Linear以及DML80-Fine Cutting激光加工机等。
- 混合驱动型。例如:DMF500 Linear动柱式大型立式加工中心,在X轴(行程5m)配置AC-LM,V=100m/min;而在Y、Z轴则采用PHS-BS,V=60m/min。此外,CTV250、CTX300、CTX420、DMC104V、DMF220F、DMF360F等均属混合驱动型。
- 各坐标轴全部配置PHS-BS驱动的“强力型”加工中心。例如:DMC63H高速卧式加工中心,X、Y、Z三轴全部采用PHS-BS驱动(Φ50,Pn=35),V=80m/min,加速度1g,定位精度0.008mm。此外还有DMC80H和DMC100H、DMC125H (duo BLOCK)以及DMC60T等。
PHS-BS | AC-LM | 说明 | |
线性伺服进给系统主要环节 | CNC-伺服电机-无隙连轴器-止推轴承-PHS/BS-冷却系统-滚动导轨-螺母座-工作台 | 闭环CNC-电机动子-强冷系统-滚动导轨-位置感测器-工作台 | AC-LM称为直接驱动,PHS-BS是非直接驱动 |
驱动线速度(m/min) | 60~100(120),速度范围有限 | 60~200(600),速度范围广 | 前者当n↑,Pn↑;Vmax=200m/min;后者zui小:1µm/s |
加速度(g) | 0.5~1.5(2) | 0.5~10 | 都要求运动部件轻量化 |
定位、重复定位精度(µm) | 较高(2~5) | 很高。光栅闭环控制:0.1~0.01 | AC-LM在高速位移状态下可达亚微米级定位精度,跟踪误差小 |
运动的平稳性(%速度) | 较好,10% | 很好,1% | PHS-BS采用双头螺纹、双丝杆驱动可改善运动的平稳性 |
行程范围 | 有限 | 无限 | PHS-BS一般不超过5m |
控制系统 | 较简单,技术较成熟 | 较复杂,要求高(全闭环控制) | 负载变化直接作用于AC-LM,由于端部效应、齿槽效应等因素,使伺服控制复杂化,难度加大 |
热特性 | 已有较成熟的技术抑制温升与热变形 | 处于主机腹部的AC-LM是高发热部件,需采取强冷措施 | 达到相同目的,后者要付出更大的代价 |
工作噪音 | 较低 | 静音 | 前者已开发出高速静音产品 |
轴向推力 | 较大(与丝杆参数有关) | 较小(一般<10kN) | 采用多台AC-LM并联,可提高轴向推力,但布局困难 |
产生相同推力所消耗的能量 | 较小 | 较大(功率损耗超过输出功率的50%) | PHS-BS属于节能、增力型传动部件 |
寿命(h),可靠性 | 6000~10000,可靠性较高 | ≈50000,无机械磨损,寿命长,可靠性高 | PHS-BS的可靠性与制造品质有关,AC-LM的可靠性受控制系统稳定性影响 |
对周边的影响 | 没有影响 | 必须采取有效隔磁与防护措施,隔断强磁场对滚动导轨的影响和对铁屑磁尘的吸附 | AC-LM法向磁力与轴向推力之比大约为4:1~5:1 |
工作效率 | 高 | 更高,可使主机生产效率提高20%以上 | |
制造成本 | 比普通滚珠丝杆高,比AC-LM低得多 | 成本高,售价昂贵 | AC-LM在中国的制造技术成熟和量产后,成本和售价可望下降 |
- 高速、超高速、高加速度和生产批量大、要求定位的运动多、速度大小和方向频繁变化的场合。例如汽车产业和IT产业的生产线,精密、复杂模具的制造。
- 大型、超长行程高速加工中心,航空航天制造业中轻合金、薄壁、金属去除率大的整体构件“镂空”加工。例如美国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(见图4),x、y轴采用AC-LM,快进速度120m/min,能将整体铝块镂空成飞机零件(Z轴仍用PHS-BS)。
- 要求高动态特性、低速和高速时的随动性、高灵敏的动态精密定位。例如,以Sodick为代表的新一代高性能CNC电加工机床、CNC超精密机床、新一代CPC曲轴磨床、凸轮磨床、CNC非园车床等。
- 轻载、快速特种CNC装备。例如德国DMG的“DML80 Fine Cutting”激光雕刻、打孔机,比利时LVD公司的“AXEL3015S”激光切割机,MAZAK的“Hyper Cear510”高速激光加工机等。
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