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精准高效 - 机床行业为什么偏爱直线电机?

2024-08-12
一、机床行业发展难点

随着制造业自动化技术水平的提升,对机床设备的要求越来越高,当前的发展趋势正朝着高效、高精和智能化等方向延伸,这些发展方向不仅要求机床设备具备更高性能,同时也需满足更为复杂的加工需求。


然而传统机床进给系统采用的旋转电机传动方式存在诸多局限性,如:



1.维护复杂,伺服电机丝杆结构多,部件多,工作中有磨损,需定期维护或更换配件。

2.从电动机到工作台之间的机械中间传动环节多,传动效率低。

3.行程长度受到限制。

4.速度慢(45m/min)、加减速过程长(加速度0.5g)。

这些问题严重制约了机床设备的性能提升和应用领域的拓展。


机床进给系统采用直线电机直接驱动与原旋转电机传动方式的最大区别在于取消了从电动机到工作台之间的机械传动环节,即把机床进给传动链的长度缩短为零,故此这种传动方式称为“直线驱动”。


二、直线电机的创新优势


  • 高速与高精度:直线电机的速度达到5米/秒,更为重要的是,它能够在高速下依然保持高精度的定位,微米级的定位精度使其在机床行业、精密加工、半导体生产等领域得以广泛应用。

  • 快速响应与高效节能:由于省去了传统传动中的多个环节,能够更快地响应控制系统的命令,最大加速度达到5G。此外,直接驱动的方式大大减少了能量在传输过程中的损失,实现了更高的能效比,符合现代工业对节能减排的要求。

  • 低维护成本与长期稳定性:与传统的“旋转电机+滚珠丝杠”机构相比,直线电机的结构更简单,零件数量少,安装精度要求较低,维护需求也减少。

  • 无噪音和无背隙运动:直线电机运行时几乎无噪音,为操作人员提供了更加舒适的工作环境。无背隙的设计确保了在频繁改变运动方向时仍能保持高精度,这对于精密制造和检测设备来说是至关重要的。

  • 可扩展性和模块化设计:传统的丝杠传动受丝杠制造工艺限制,一般4~6m,直线电机支持多动子和定子的模块化拼接,行程可无限延长,对于一些长行程的机床,也能很好满足,这种设计灵活性使得它能够轻松应用于大型生产线或特殊定制的设备中。


三、机床行业直线电机应如何选择?

01
产品类型齐全、推力范围大。

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选择直线电机时,需根据具体的应用需求和工作环境来决定使用哪种类型的直线电机。例如:如果应用场景需要高推力和良好的散热性能,水冷平板直线电机是更好的选择;如果对成本和维护有较高要求,自冷型直线电机更适合;而对精度和稳定性有高要求的场合,则应需要考虑U型直线电机。


02
专利化冷却结构设计,温升超低<2K (摄氏度)。

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温升是影响直线电机性能和寿命的重要因素,在高精度运动控制中,低温升能显著提高直线电机的可靠性和减少对设备控制精度的影响。


03
水冷系列高防护等级,达到IP65。
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防护等级高的直线电机能够更好地阻止机床切削液、铁屑、灰尘等污染物的侵入,减少电机因环境因素导致的故障,延长电机的使用寿命。


04
低推力波动,3%以内。
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直线电机的推力波动会直接影响到机床的定位精度和重复定位精度,推力波动越小,运动过程越平稳,加工质量越高。 


四、昊志机床直驱整体解决方案

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数控系统:选择数控系统时确保数控系统与现有的机床和自动化设备兼容,包括接口和通信协议(如EtherCAT®和CANopen®)。
伺服驱动器:伺服驱动器通常支持不同的控制方式,如位置控制、速度控制和扭矩控制,根据具体应用需求,选择适当的控制方式以满足系统的运动要求。
DiA系列变频器:预置电机参数,不需进行复杂的电机参数设置,驱动器内置主轴电机参数,一键恢复缺省电机参数即可使用。高频率输出,自适应载波频率调整,载波频率可达 16kHz,最高支持电机运行 30 万转/分钟。
直线电机:具有高防护等级(IP65)、高动态响应(加速度2g)、推力波动小(3%以内)和温升低(<2K 摄氏度)等突出特点,可广泛应用于PCB钻孔机、高速精密机床、半导体设备、激光加工设备、精密检测设备和其他工业自动化设备。
五轴转台:创新型刹车机构,超短通路设计,反应速度提高10倍,夹紧刚性提高3倍!可实现补偿前倾斜轴(A轴)定位精度±3”,重复定位精度±1”,旋转轴(C轴)定位精度±5”,重复定位精度±1”。
加工中心系列主轴:主轴轴芯端面及锥孔跳动≤0.001mm,全转速段振动≤1.0mm/s(定制系列可达0.5mm/s),加工零件表面粗糙度可达Ra0.05,广泛应用在钛合金、钢合金、铜、铝等各类零件加工。
拉刀机构:采用独有专利的昊志拉刀机构,主轴松拉刀寿命≥1000万次,相比传统碟簧拉刀机构寿命高出10倍以上,且拉刀力衰减≤10%,稳定可靠。同比传统碟簧拉刀机构,昊志拉刀机构整机振动值降低30%,振动波动值≤10%,振动稳定性极高。昊志拉刀机构还具有超高的重复拉刀精度(≤0.002mm),与极高的精度稳定性,动静态偏摆变化量为±0.002mm。

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旋转接头:昊志旋转接头寿命达10万小时,相比市场同类型接头寿命提升10倍,最高转速可达36000rpm,最大水压可达7MPa。

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五、昊志机电直线电机应用于机床行业的优点

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直线电机通过精确控制位置,消除传统伺服系统的间隙和误差,提升加工精度和零件质量一致性,同时降低能耗和维护成本,显著提高加工中心的效率和可靠性,是现代高精度加工的理想选择。

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昊志机电直线电机凭借其高速、高精度、高效率以及低维护的特性,在高端制造业和自动化领域中展现出巨大的潜力和优势。随着技术的不断进步和成本的进一步降低,昊志机电直线电机将在更多的工业领域中得到更广泛应用,成为推动工业4.0和智能制造的重要力量。

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