数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 二、讲稿 第三章数控机床的进给伺服系统 第五节直线电机在机床进给伺服系统中的应用 旋转电机经过机械转换装置将旋转运动变为直线运动，由于对直线运动高性能的要 求，有时旋转电机己不能满足要求，如目前数控机床进给运动的高效传动件仍然是滚珠 丝杠，研究表明滚珠丝杠技术在1g加速度下，在卧式机床上可以可靠地工作，而加速 度再提高0.5倍则就有问题了。随着电机技术、材料科学和自动控制学科的发展，一种 替代技术是采用直线电机技术。直线电机用于数控伺服系统中，可以简化系统结构，提 高定位精度，实现高速直线运动，乃至平面运动。 直线电机概述 直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的 传动装置，它可认为是旋转电机在结构上的一种演变，即可看作将旋转电机从径向剖开， 然后将电机沿着圆周展开成直线，这就形成了扁平型直线电机，如图3-25所示。此外， 上述直线电机可以沿着和直线运动相垂直的方向卷成圆柱状（或管状），就形成了管型直 线电机。 ⑧ b00000000000000000d 18181818 1818 18F18 18 a)沿径向剖开 b)把圆周展成直线 图3-25直线电机的转变过程 1一初级：2一鼠笼转子：3一次级 由定子演变而来的一侧称为初级（定子），由转子演变而来的一侧称为次级（动子）。在 实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之 间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制 造成本、运行费用，目前一般均采用短初级长次级。由于其结构的特殊性，使直线电机 的移动磁场存在“进口端”和“出口端”两个纵向边端，这两个纵向边端使气隙磁场更 加扭曲，这种现象称为直线电机的边缘效应。 一个直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机，还必须具有能在安全可靠的 条件下实现技术与经济要求的控制系统。随着自动控制技术与微计算机技术的发展，直 线电机的控制方法越来越多，对直线电机控制技术的研究基本上可以分为三个方面：一 是传统控制技术，二是现代控制技术，三是智能控制技术。 兰州交通大学机电工程学院数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 兰州交通大学机电工程学院 2 二、讲稿 第三章 数控机床的进给伺服系统 第五节 直线电机在机床进给伺服系统中的应用 旋转电机经过机械转换装置将旋转运动变为直线运动，由于对直线运动高性能的要 求，有时旋转电机已不能满足要求，如目前数控机床进给运动的高效传动件仍然是滚珠 丝杠，研究表明滚珠丝杠技术在 1g 加速度下，在卧式机床上可以可靠地工作，而加速 度再提高 0.5 倍则就有问题了。随着电机技术、材料科学和自动控制学科的发展，一种 替代技术是采用直线电机技术。直线电机用于数控伺服系统中，可以简化系统结构，提 高定位精度，实现高速直线运动，乃至平面运动。 一、直线电机概述 直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的 传动装置，它可认为是旋转电机在结构上的一种演变，即可看作将旋转电机从径向剖开， 然后将电机沿着圆周展开成直线，这就形成了扁平型直线电机，如图 3–25 所示。此外， 上述直线电机可以沿着和直线运动相垂直的方向卷成圆柱状(或管状)，就形成了管型直 线电机。 a) 沿径向剖开 b) 把圆周展成直线 图 3–25 直线电机的转变过程 1—初级；2—鼠笼转子；3—次级 由定子演变而来的一侧称为初级(定子)，由转子演变而来的一侧称为次级(动子)。在 实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之 间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制 造成本、运行费用，目前一般均采用短初级长次级。由于其结构的特殊性，使直线电机 的移动磁场存在“进口端”和“出口端”两个纵向边端，这两个纵向边端使气隙磁场更 加扭曲，这种现象称为直线电机的边缘效应。 一个直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机，还必须具有能在安全可靠的 条件下实现技术与经济要求的控制系统。随着自动控制技术与微计算机技术的发展，直 线电机的控制方法越来越多，对直线电机控制技术的研究基本上可以分为三个方面：一 是传统控制技术，二是现代控制技术，三是智能控制技术