直驅(qū)數(shù)控系統(tǒng) 性能特點及應(yīng)用介紹

　　1 電機對比

　　伺服電機：伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件 運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動 控制對象。

　　直線電機：是 一 種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械 能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置。它可以看成 是一臺旋轉(zhuǎn)電機按徑向剖開，并展成平面而成。

　　如圖1所示。

　　2 性能對比

　　(1)驅(qū)動方式

　　直驅(qū)數(shù)控系統(tǒng)：直接驅(qū)動。電機與被驅(qū)動工件之間， 直接采用剛性連接，無需絲桿、齒輪、減速機等中間環(huán) 節(jié)，最大程度上避免了傳動絲桿傳動系統(tǒng)存在的反向間 隙、慣性、摩擦力以及剛性不足的問題。

　　伺服數(shù)控系統(tǒng)：電機于被驅(qū)動之間需要經(jīng)過傳動環(huán)節(jié) (絲桿、齒輪齒條、皮帶)，存在摩擦和反向間隙，傳動 環(huán)節(jié)多，剛性低。由于誤差放大器的影響，回路增益及響 應(yīng)速度受到限制。

　　圖 1 伺服電機 VS 直線電機

　　(2)高速度

　　直驅(qū)數(shù)控系統(tǒng)：正常高峰速度可達5-10m/s。

　　伺服數(shù)控系統(tǒng)：速度一般限制于1m/s，產(chǎn)生的磨損 量也較高。

　　(3)高加速度

　　由于動子和定子之間無接觸摩擦，直線電機能達到較 高的加速度;較大的直線電機有能力做到加速度3-5g， 更小的直線電機可以做到30-50g以上(焊線機)。

　　(4)高精度

　　由于采用直接驅(qū)動技術(shù)，大大減小了中間機械傳動系 統(tǒng)帶來的誤差。采用高精度的光柵檢測進行位置定位，提 高系統(tǒng)精度，可使得重復(fù)定位精度達到1μm以內(nèi)，滿足超 精密場合的應(yīng)用。

　　(5)運動速度范圍寬

　　直線電機運行的速度最低可實現(xiàn)1μm/s，最高可實現(xiàn) 10m/s，滿足各種場合需求。

　　3 阿帕斯直驅(qū)應(yīng)用對比

　　阿帕斯數(shù)控是一家專注設(shè)計、制造中高端直驅(qū)數(shù)控機床的企業(yè)，控股母公司為直線電機行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)——來 自新加坡的雅科貝思精密機電(上海)有限公司。阿帕斯 數(shù)控依托于母公司核心產(chǎn)品——直線電機、DDR直驅(qū)電 機，自主開發(fā)、設(shè)計、制造基于直驅(qū)技術(shù)的中高端數(shù)控機 床。

　　傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機組成的數(shù)控機床伺服系統(tǒng)，零件比較 多，操作比較復(fù)雜， 一般是由伺服電機+軸承+聯(lián)軸器+ 絲杠+構(gòu)成該系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，這樣的一 套系統(tǒng)， 其慣性質(zhì)量大， 動態(tài)性能的提高受到了很大的 限制。零部件在運動的過程中產(chǎn)生的彈性變形、摩擦損耗 以及難以消除，且隨著使用時間的增加該弊端會越來越突 出，造成定位的滯后和非線性誤差，從硬件上嚴重影響了 加工精度。

　　而運用了直線電機的阿帕斯機床實現(xiàn)了“零傳動”。 通過電磁效應(yīng)，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動，不需要任何 的中間機構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)動慣量、彈性形變、反向間隙、摩 擦、振動、噪音及磨損等不利因素，極大地提高了伺服系 統(tǒng)的快速反應(yīng)能力和控制精度(見圖3)。直線電機因傳 動機構(gòu)簡單，減少了插補滯后的問題，定位精度、重現(xiàn)精 度、絕對精度，通過位置檢測反饋控制都會較“旋轉(zhuǎn)伺服 電機+滾珠絲杠”高，且容易實現(xiàn)。直線電機定位精度可 達0.1μm。

　　阿帕斯機床所使用的直線電機具有有鐵芯技術(shù)， 低齒 槽力效應(yīng)，高響應(yīng)和帶寬， 高推力低質(zhì)量的優(yōu)點。該由雅 科貝思生產(chǎn)的電機小體積、大推力、高響應(yīng)，可以選擇水 冷、自冷適用于各類高速高精的自動化及機床設(shè)備。

　　圖 2 傳統(tǒng)伺服 + 絲杠機床結(jié)構(gòu)：響應(yīng)性滯后，精度損失大，旋轉(zhuǎn)電機的扭矩通過多次轉(zhuǎn)換才能推動負荷

　　圖 3 直驅(qū)電機機床結(jié)構(gòu)：響應(yīng)性提高，精度損失小，直線電機推力直接作用于負載

　　和傳統(tǒng)機床相比，運用了直驅(qū)技術(shù)的阿帕斯機床有著 天然的優(yōu)勢，如具有精度高(精度直接取決于控制技術(shù)和 傳感技術(shù))、速度快(直線電機可達100m/min，力矩 電機可達500rpm) 、無磨損(沒有機械磨損) 、無間隙 (沒有機械物理間隙)、受力狀態(tài)優(yōu)良(區(qū)域出力，沒有 點接觸和線接觸受力環(huán)節(jié))等等，可以很好地應(yīng)用在機床 行業(yè)，并大力推動機床行業(yè)的發(fā)展。

　　4 APLOS直驅(qū)機床展示

　　(1)U400S超高速全直驅(qū)五軸精密加工中心

　　U系列是阿帕斯數(shù)控的一款全直驅(qū)搖籃式五軸加工中 心， 床身采用最高標準的工業(yè)材料制造， 具有出色的熱 穩(wěn)定性和吸震性， 性能穩(wěn)定可靠， 被應(yīng)用到模具生產(chǎn)加 工領(lǐng)域，奔馳件輪廓精度可達0.01mm以內(nèi)，表面粗糙度 Ra<0.4，其超高的精度超越了大部分的機床。綜合切削 效率超越傳統(tǒng)驅(qū)動方式的同型五軸機床100%，高精度定 位<4μm，重復(fù)定位<3μm(全行程 VDI 標準)可以為五軸 加工提供完美的解決方案。

　　(2)U600超高速全直驅(qū)五軸精密加工中心

　　五軸聯(lián)動加工輪廓精度±0.020mm，可滿足各類葉 輪、精密復(fù)雜輪廓零件、模具等加工精度需求。500cc/ min的單刀粗加工去除能力， 以及1g加速度+20m/min 切削速度支持的擺線銑能力，使得U600的粗加工能力超 越普通同型號五軸機床100%以上的粗加工效率，真正地 實現(xiàn)高速五軸加工。

　　(3)SW1613S超高速精密橋式(天車)五軸龍門

U400S                              U600