1 機(jī)床行業(yè)發(fā)展難點(diǎn)

　　隨著制造業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平的提升，對(duì)機(jī)床設(shè)備的要 求越來(lái)越高，當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)正朝著高效、高精和智能化 等方向延伸，這些發(fā)展方向不僅要求機(jī)床設(shè)備具備更高性 能，同時(shí)也需滿足更為復(fù)雜的加工需求。

　　然而傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)采用的旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)方式存在 諸多局限性，如：

　　· 維護(hù)復(fù)雜，伺服電機(jī)絲桿結(jié)構(gòu)多，部件多，工作中有 磨損，需定期維護(hù)或更換配件;

　　· 從電動(dòng)機(jī)到工作臺(tái)之間的機(jī)械中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)多，傳動(dòng) 效率低;

　　· 行程長(zhǎng)度受到限制;

　　· 速度慢(45m/min)、加減速過(guò)程長(zhǎng)(加速度 0.5g)。

　　這些問題嚴(yán)重制約了機(jī)床設(shè)備的性能提升和應(yīng)用領(lǐng)域 的拓展。

　　機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與原來(lái)的旋轉(zhuǎn)電 機(jī)傳動(dòng)方式的最大區(qū)別在于取消了從電動(dòng)機(jī)到工作臺(tái)之間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)， 即把機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng) 鏈的長(zhǎng)度縮短為零，故此這種傳動(dòng)方 式也被稱為“直線驅(qū)動(dòng)”。

　　2 直線電機(jī)的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)

　　· 高速與高精度： 直線電機(jī)的速 度達(dá)到5米/秒，更為重要的是，它能 夠在高速下依然保持高精度的定位， 微米級(jí)的定位精度使其在機(jī)床行業(yè)、 精密加工、半導(dǎo)體生產(chǎn)等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用;

　　· 快速響應(yīng)與高效節(jié)能：由于省去了傳統(tǒng)傳動(dòng)中的多個(gè) 環(huán)節(jié)，能夠更快地響應(yīng)控制系統(tǒng)的命令，最大加速度達(dá)到 5G;此外，直接驅(qū)動(dòng)的方式大大減少了能量在傳輸過(guò)程中 的損失，實(shí)現(xiàn)了更高的能效比，符合現(xiàn)代工業(yè)對(duì)節(jié)能減排的要求;

　　· 低維護(hù)成本與長(zhǎng)期穩(wěn)定性：與傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾 珠絲杠”機(jī)構(gòu)相比，直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，零件數(shù)量少， 安裝精度要求較低，維護(hù)需求也減少;

　　· 無(wú)噪音和無(wú)背隙運(yùn)動(dòng)：直線電機(jī)運(yùn)行時(shí)幾乎無(wú)噪音， 為操作人員提供了更加舒適的工作環(huán)境;無(wú)背隙的設(shè)計(jì)確 保了在頻繁改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)仍能保持高精度，這對(duì)于精密 制造和檢測(cè)設(shè)備來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的;

　　· 可擴(kuò)展性和模塊化設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)的絲杠傳動(dòng)受絲杠制造 工藝限制，一般4～6m，直線電機(jī)支持多動(dòng)子和定子的模 塊化拼接，行程可無(wú)限延長(zhǎng)，對(duì)于一些長(zhǎng)行程的機(jī)床，也 能很好滿足，這種設(shè)計(jì)靈活性使得它能夠輕松應(yīng)用于大型 生產(chǎn)線或特殊定制的設(shè)備中。

　　3 機(jī)床行業(yè)直線電機(jī)應(yīng)如何選擇

　　機(jī)床行業(yè)應(yīng)用在選擇直線電機(jī)產(chǎn)品時(shí)，可以從以下幾 個(gè)方面來(lái)考量：

　　(1)產(chǎn)品類型齊全、推力范圍大

　　選擇直線電機(jī)時(shí)，需根據(jù)具體的應(yīng)用需求和工作環(huán)境 來(lái)決定使用哪種類型的直線電機(jī)。例如：如果應(yīng)用場(chǎng)景需 要高推力和良好的散熱性能，水冷平板直線電機(jī)是更好的 選擇;如果對(duì)成本和維護(hù)有較高要求，自冷型直線電機(jī)更 適合;而對(duì)精度和穩(wěn)定性有高要求的場(chǎng)合，則應(yīng)需要考慮U 型直線電機(jī)(圖1)。

　　(2)專利化冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，溫升超低<2K (攝氏度)

　　溫升是影響直線電機(jī)性能和壽命的重要因素，在高精 度運(yùn)動(dòng)控制中，低溫升能顯著提高直線電機(jī)的可靠性和減 少對(duì)設(shè)備控制精度的影響。

　　(3)水冷系列高防護(hù)等級(jí)，達(dá)到IP65

　　防護(hù)等級(jí)高的直線電機(jī)能夠更好地阻止機(jī)床切削液、 鐵屑、灰塵等污染物的侵入，減少電機(jī)因環(huán)境因素導(dǎo)致的 故障，延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命(圖2)。

　　(4)低推力波動(dòng)，3%以內(nèi)

　　直線電機(jī)的推力波動(dòng)會(huì)直接影響到機(jī)床的定位精度和 重復(fù)定位精度，推力波動(dòng)越小，運(yùn)動(dòng)過(guò)程越平穩(wěn)，加工質(zhì) 量越高。

　　4 昊志機(jī)床直驅(qū)整體解決方案

　　廣州市昊志機(jī)電股份有限公司是一家專業(yè)從事中高端 數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、新能源汽車核心功能部件等的研發(fā)設(shè) 計(jì)、生產(chǎn)制造、銷售與維修服務(wù)的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，公 司目前可提供包括伺服驅(qū)動(dòng)、變頻驅(qū)動(dòng)、數(shù)控系統(tǒng)、電主 軸、直線電機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)等在內(nèi)的一整套直驅(qū)技術(shù)整體解決方案。

　　數(shù)控系統(tǒng)：選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)確保數(shù)控系統(tǒng)與現(xiàn)有的機(jī) 床和自動(dòng)化設(shè)備兼容，包括接口和通信協(xié)議(如EtherCAT? 和CANopen?)。

　　伺服驅(qū)動(dòng)器：伺服驅(qū)動(dòng)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，根據(jù)具體應(yīng)用需求， 選擇適當(dāng)?shù)目刂品绞揭詽M足系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)要求。

　　DiA系列變頻器：預(yù)置電機(jī)參數(shù)，不需進(jìn)行復(fù)雜的電機(jī) 參數(shù)設(shè)置，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置主軸電機(jī)參數(shù)， 一鍵恢復(fù)缺省電機(jī) 參數(shù)即可使用;高頻率輸出，自適應(yīng)載波頻率調(diào)整，載波頻率可達(dá) 16kHz，最高支持電機(jī)運(yùn)行 30 萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘。

　　直線電機(jī)：具有高防護(hù)等級(jí)(IP65)、高動(dòng)態(tài)響應(yīng) (加速度2g)、推力波動(dòng)小(3%以內(nèi))和溫升低(<2K 攝氏度)等突出特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于PCB鉆孔機(jī)、高速精密 機(jī)床、半導(dǎo)體設(shè)備、激光加工設(shè)備、精密檢測(cè)設(shè)備和其他 工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。

　　五軸轉(zhuǎn)臺(tái)：創(chuàng)新型剎車機(jī)構(gòu)，超短通路設(shè)計(jì)，反應(yīng)速 度提高10倍，夾緊剛性提高3倍!可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償前傾斜軸(A軸)定位精度±3”，重復(fù)定位精度±1”，旋轉(zhuǎn)軸(C軸)定位精度 ±5”，重復(fù)定位精度±1”。

　　加工中心系列主軸：主軸軸芯端面及錐孔跳動(dòng) ≤0.001mm，全轉(zhuǎn)速段振動(dòng)≤1.0mm/s(定制系列可達(dá) 0.5mm/s)，加工零件表面粗糙度可達(dá)Ra0.05，廣泛應(yīng)用在 鈦合金、鋼合金、銅、鋁等各類零件加工。

　　拉刀機(jī)構(gòu)：采用獨(dú)有專利的昊志拉刀機(jī)構(gòu)，主軸松拉 刀壽命≥1000萬(wàn)次，相比傳統(tǒng)碟簧拉刀機(jī)構(gòu)壽命高出10倍 以上，且拉刀力衰減≤10%，穩(wěn)定可靠。同比傳統(tǒng)碟簧拉 刀機(jī)構(gòu)，昊志拉刀機(jī)構(gòu)整機(jī)振動(dòng)值降低30%，振動(dòng)波動(dòng)值 ≤10%，振動(dòng)穩(wěn)定性極高。昊志拉刀機(jī)構(gòu)還具有超高的重復(fù) 拉刀精度(≤0.002mm)，與極高的精度穩(wěn)定性，動(dòng)靜態(tài) 偏擺變化量為±0.002mm。

　　旋轉(zhuǎn)接頭：昊志旋轉(zhuǎn)接頭壽命達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，相比市場(chǎng) 同類型接頭壽命提升10倍，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)36000rpm，最 大水壓可達(dá)7MPa。

　　5 昊志機(jī)電直線電機(jī)應(yīng)用于機(jī)床行業(yè)的優(yōu)點(diǎn)

　　昊志機(jī)電開發(fā)的直線電機(jī)通過(guò)精確控制位置，消除了 傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)的間隙和誤差，提升了加工精度和零件質(zhì)量一致性，同時(shí)也降低了能耗和維護(hù)成本，可顯著提高加工 中心的效率和可靠性，是現(xiàn)代高精度加工的理想選擇(圖4)。

　　昊志機(jī)電直線電機(jī)憑借其高速、高精度、高效率以 及低維護(hù)的特性，在高端制造業(yè)和自動(dòng)化領(lǐng)域中展現(xiàn)出巨 大的潛力和優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的進(jìn)一步降 低，昊志機(jī)電直線電機(jī)將在更多的工業(yè)領(lǐng)域中得到更廣泛 應(yīng)用，成為推動(dòng)工業(yè)4.0和智能制造的重要力量。