高速立式加工中心中直線進給的特殊問題
滿足高速立式加工中心進給驅(qū)動要求的直線電動機以交流直線電動機為主，進給驅(qū)動單元主要由直線電動機(初級、次級)、工作臺、測量反饋系統(tǒng)以及冷卻板等組成，如圖1所示。電動機的初級(含鐵芯的通電繞組)安裝在立式加工中心工作臺的下部，構(gòu)成直線電動機的動件;次級由硅鋼片疊裝組成，其上等間隔安裝有永磁體，構(gòu)成直線電動機的定件，定件安裝于床身導(dǎo)軌之間。直線電動機通電后，在定件與動件之間的間隙中產(chǎn)生強大的行波磁場，依靠磁力，推動著機床工作臺作快速直線運動。量反饋系統(tǒng)中的檢測裝置可采用高精度光柵、磁效應(yīng)檢測裝置等。測量反饋系統(tǒng)即可以為直線電動機控制動子磁極位置提供信息，又可對機床運動部件的實際位移進行精確檢測，以實現(xiàn)對機床運動的全閉環(huán)反饋控制。由于直線伺服系統(tǒng)是把被控對象與直線電動機作為一體化結(jié)構(gòu)，不需要中間運動形式變換而直接做直線運動的推力裝置，因此，在高速數(shù)控機床伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，直線電動機的電磁推力波動，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)致電動機推力波動的原因有多方面，主要可以分為系統(tǒng)外部擾動和內(nèi)部擾動兩部分。 系統(tǒng)外部擾動主要包括負載阻力擾動和摩擦擾動:為使電動機帶動負載做直線運動，必須克服負載阻力，而負載的變化又會改變負載阻力的大小，造成電動機速度的波動;摩擦擾動主要包括靜摩擦、滑動摩擦和粘滯摩擦，這些摩擦力作為變化的擾動量都將影響電動機的推力。 系統(tǒng)內(nèi)部擾動主要是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)變化等造成的，主要包括以下幾個方面: 齒槽推力波動:系統(tǒng)在無電樞電流的情況下，動子運動時，由于動子齒槽的存在或動子鐵心磁阻的變化而產(chǎn)生的推力波動。 紋波推力波動:由反電動勢或動子電流諧波引起的脈動推力。該推力實質(zhì)是由定子和動子諧波磁場相互作用產(chǎn)生的。 電磁推力波動:系統(tǒng)動子繞組電流激勵磁場與定子磁阻變化相互作用而產(chǎn)生的推力波動。永磁體磁鏈諧波擾動:溫度變化、永磁體充磁的不均勻性、電流過載飽和時的電樞反應(yīng)等都會改變永磁體特性。 端部效應(yīng):由于鐵心開斷而在氣隙中出現(xiàn)脈振磁場和反向行波磁場的效應(yīng)稱為第一類縱向邊緣效應(yīng);當(dāng)直線電動機的動子以很高的速度相對于定子運動時，在定子的進人端和離開端還會產(chǎn)生磁場畸變，稱為第二類縱向邊緣效應(yīng)。 在高速數(shù)控立式加工中心中，由于推力波動的存在，往往會導(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ν屏Σ▌蛹右砸种?。一方面，可以通過電動機優(yōu)化設(shè)計來減小推力波動，但由于實際中優(yōu)化設(shè)計方法的局限性，加工手段、成本及環(huán)境的制約，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的系統(tǒng)仍存在推力波動。因此，另一方面，可以采用相應(yīng)的控制技術(shù)來進一步提高其推力性能。