摘  要：針對傳統(tǒng)直線運(yùn)動系統(tǒng)在某些場合下存在體積大韵披、安裝調(diào)試難度高失臂、系統(tǒng)動態(tài)性不好的問題，提出了用一種新型線性電機(jī)控制直線運(yùn)動的方法镇锣。該電機(jī)的特點(diǎn)是電機(jī)軸中空权洼，絲杠可以直接穿過電機(jī)軸，在該電機(jī)控制的直線運(yùn)動系統(tǒng)中一宁，絲杠一般不動献蛔，電機(jī)在絲杠上平動，從而使運(yùn)動系統(tǒng)具有安裝調(diào)試方便嫂茸、體積小缠黍、動態(tài)響應(yīng)特性好等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：線性電機(jī)药蜻；  直線運(yùn)動瓷式；  轉(zhuǎn)動慣量

0  引言

直線運(yùn)動控制系統(tǒng)被廣泛地應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床、加工中心语泽、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)贸典、醫(yī)療儀器、舞臺燈光等自動控制場合踱卵，具有很大的市場潛力廊驼。目前，能進(jìn)行直線運(yùn)動控制的方式通常包括兩類：一類是直接用直線電機(jī)產(chǎn)生直線運(yùn)動惋砂，另一類是通過轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動妒挎，轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)一般包括絲杠螺母、齒輪齒條、蝸桿蝸母等酝掩。其中鳞芙，直線電機(jī)具有運(yùn)動慣量小、系統(tǒng)剛度大棋叁、高速度防弧、高精度等特點(diǎn)，但它“除控制難度大(中間沒有緩沖環(huán)節(jié)和存在端部效應(yīng))外铜部，還必須解決散熱历恨、隔磁、足夠的推力猾晨、自鎖和移動部件輕量化等方面的問題啃栋，才能在機(jī)床上實(shí)際應(yīng)用，同時成本較高也影響其推廣應(yīng)用”肃径，因此后匀，直線電機(jī)目前在普通自動控制設(shè)備中運(yùn)用還不是很廣泛。后者在各類自動控制設(shè)備中運(yùn)用很廣泛友合，但在某些場合下卻存在運(yùn)動系統(tǒng)體積大、安裝調(diào)試難度高烘幅、系統(tǒng)動態(tài)性不好的問題颊夷。因此，對直線運(yùn)動控制系統(tǒng)的研究是非常重要的钉答。本文在對直線運(yùn)動控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究以后础芍，提出了用一種新型電機(jī)進(jìn)行直線運(yùn)動控制的方法，并以實(shí)例詳細(xì)介紹了這種直線運(yùn)動控制系統(tǒng)的應(yīng)用数尿。

1  直線運(yùn)動控制系統(tǒng)的基本要求

對直線運(yùn)動控制系統(tǒng)的要求一般包括高速度仑性、高精度、高剛度右蹦、無間隙诊杆、低摩擦、低慣量何陆、傳動系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化等晨汹。例如，畢承恩的《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床》一書中指出贷盲，“數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是自動化淘这、大功率、高精度巩剖、高速度铝穷、高剛度、傳動系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化”。對數(shù)控機(jī)床運(yùn)動控制系統(tǒng)的要求對于其他運(yùn)動控制系統(tǒng)一般也是適用的讳蜂，這些要求在直線運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)予以充分考慮福信。

2傳統(tǒng)直線運(yùn)動控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)直線運(yùn)動控制系統(tǒng)一般由旋轉(zhuǎn)電機(jī)、聯(lián)軸節(jié)咕菱、絲杠么歹、絲杠軸承、絲杠螺母珍喘、運(yùn)動部件(如工作臺殿潜、主軸箱、立柱等)等部分組成性谬。

可以看出灌次，改進(jìn)后的電機(jī)是在旋轉(zhuǎn)式電機(jī)的基礎(chǔ)上，把電機(jī)軸做成空心连嘹，使用時絲杠穿過電機(jī)軸颈有，絲杠螺母固定在電機(jī)軸上并隨之一起轉(zhuǎn)動，而絲杠兩端與機(jī)架完全固定疲狼。當(dāng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動時吁沉，絲杠螺母將在絲杠上平動，并由此帶動電機(jī)及負(fù)載一起運(yùn)動寸士。

絲杠螺母和電機(jī)軸之間的固定有兩種方式：一種是直接將電機(jī)軸做成絲杠螺母檐什；另一種是將電機(jī)軸兩端伸出端蓋，然后將絲杠螺母固定在伸出的電機(jī)軸兩端弱卡。前者一般做成滑動絲杠螺母副乃正，其突出特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)非常緊湊，具有停電自鎖特性婶博，適用于小體積設(shè)備瓮具，如電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)中。后者一般做成滾動絲杠螺母副凡人，其特點(diǎn)是當(dāng)絲杠長度較長時名党，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量相對較小，適用于長絲杠運(yùn)動系統(tǒng)中挠轴。

減少了聯(lián)軸節(jié)以及若干軸承兑巾，結(jié)構(gòu)大為簡化，成本大幅度降低忠荞，絲杠穿過電機(jī)軸中心蒋歌，不用調(diào)節(jié)二者同心，安裝方便锌瓤，結(jié)構(gòu)緊湊风承；同時暴喂，由于系統(tǒng)中絲杠不轉(zhuǎn)動，當(dāng)絲杠長度較長時家漂，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量將大大減小霜售。下面以110BYG五相混合式步進(jìn)電機(jī)、200kg負(fù)載斯癞、公稱直徑32mm矿退、導(dǎo)程5mm、長度2000mm的絲杠構(gòu)成的直線運(yùn)動控制系統(tǒng)為例對改進(jìn)前后系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量作一比較板薛。

改進(jìn)前系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量主要包括轉(zhuǎn)子跪篷、聯(lián)軸節(jié)、絲杠石葫、軸承的轉(zhuǎn)動慣量和負(fù)載平動折合的轉(zhuǎn)動慣量桃姐。改進(jìn)后系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量主要包括轉(zhuǎn)子、絲杠螺母轉(zhuǎn)動慣量和負(fù)載平動折合的轉(zhuǎn)動慣量汰寓。

改進(jìn)后的系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量為改進(jìn)前的60％口柳，根據(jù)負(fù)載加速度

因此，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性大大提高有滑。

4 系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

在數(shù)控機(jī)床中跃闹，有的進(jìn)給系統(tǒng)的絲杠很長，絲杠轉(zhuǎn)動時其慣量非常大毛好，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性辣卒。此時可選用本改進(jìn)型電機(jī)控制系統(tǒng)。

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