數(shù)控機(jī)床電主軸與進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床電主軸與進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

--高速電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

--直線伺服電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高速電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.高速電主軸概述。2.高速電主軸技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀。3.高速電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

<一>高速電主軸概述高速主軸單元包括動(dòng)力源、主軸、軸承和機(jī)架四個(gè)主要部分，是高速機(jī)床的核心部件。這四個(gè)部分構(gòu)成一個(gè)動(dòng)力學(xué)性能及穩(wěn)定性良好的系統(tǒng)，在很大程度上決定了機(jī)床所能達(dá)到的切削速度、加工精度和應(yīng)用范圍。從目前發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，主軸單元形成獨(dú)立的單元而成為功能部件以方便地配置到多種加工中心及高速機(jī)床上，而且越來(lái)越多地采用電主軸類型。集成內(nèi)裝式電主軸：其主軸由內(nèi)裝式電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)基本上取消了帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)等中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主軸的“零傳動(dòng)”。這是一種由內(nèi)裝式電機(jī)和機(jī)床主軸“合二為一”的傳動(dòng)形式，即采用無(wú)外殼電機(jī)，將其空心轉(zhuǎn)子直接套裝在機(jī)床的主軸上，帶有冷卻套的定子則安裝在主軸單元的殼體內(nèi)，形成內(nèi)裝式電機(jī)主軸（Build-inMotorSpindle），或稱高速電主軸（High-speedMotorizedSpindle）。電主軸典型的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成如圖所示。

高速電主軸的結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、響應(yīng)特性好，并可改善主軸的動(dòng)平衡，減少振動(dòng)和噪聲，是高速機(jī)床主軸單元的理想結(jié)構(gòu)。相比普通主軸三大優(yōu)點(diǎn)：

1.如果電機(jī)仍采用皮帶或齒輪等方式傳動(dòng)，則在高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下所產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲等問(wèn)題難以解決，必會(huì)影響機(jī)床的加工精度、加工表面粗糙度。2.為了提高生產(chǎn)率，要求在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高的速度變化，即主軸回轉(zhuǎn)時(shí)要具有極大的角加速度。達(dá)到這個(gè)要求的最經(jīng)濟(jì)的辦法，是主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能地減小。而將電機(jī)內(nèi)置，省掉齒輪、皮帶等一系列中間環(huán)節(jié)，才是達(dá)到這一目標(biāo)的理想途徑。

3.電機(jī)內(nèi)置于主軸兩支承之間，可提高主軸系統(tǒng)的剛度，也就是提高了系統(tǒng)的固有頻率，從而提高了其臨界轉(zhuǎn)速值。三大性能指標(biāo)：

1.使用壽命:指更換一次軸承時(shí)主軸的累計(jì)工作時(shí)間。實(shí)際上就是指軸承的使用壽命。2.主軸前端徑向剛度是指電主軸工作端在單位徑向力作用下產(chǎn)生的位移。這一指標(biāo)對(duì)加工精度、生產(chǎn)效率影響很大。在其它條件相同的情況下，徑向剛度越大，工作效率就越高。3.臨界轉(zhuǎn)速是指當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)使主軸出現(xiàn)撓度急劇增大、轉(zhuǎn)動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象的那些旋轉(zhuǎn)速度。主軸工作轉(zhuǎn)速應(yīng)遠(yuǎn)離各階臨界轉(zhuǎn)速，否則主軸將有可能處于共振區(qū)而產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。<二>高速電主軸技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)50年代，就己出現(xiàn)了用于磨削小孔的高頻電主軸，當(dāng)時(shí)的變頻器采用的是真空電子管，雖然轉(zhuǎn)速高，但傳遞的功率小，轉(zhuǎn)矩也小。隨著高速切削發(fā)展的需要和功率電子器件、微電子器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了全固態(tài)元件的變頻器和矢量控制驅(qū)動(dòng)器；加上混合陶瓷球軸承的出現(xiàn)，使得在20世紀(jì)80年代末、90年代初出現(xiàn)了用于銑削、鉆削、加工中心及車削等加工的大功率、大轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)速的電主軸。

1976年美國(guó)的Vought公司首次推出一臺(tái)超高速銑床，采用了Bryant內(nèi)裝式電機(jī)主軸系統(tǒng)，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了20,000r/min，功率為15KW。到90年代末期，電主軸發(fā)展的水平是:轉(zhuǎn)速40,000r/min，功率40KW。但2001年美國(guó)Cincinnati公司為宇航工業(yè)生產(chǎn)了SuperMach大型高速加工中心，其電主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)60,000r/min，功率為80KW。目前世界各主要工業(yè)國(guó)家均有裝備優(yōu)良的專業(yè)電主軸生產(chǎn)廠，批量生產(chǎn)一系列用于加工中心和高速數(shù)控機(jī)床的電主軸。其中最著名的生產(chǎn)廠家有:瑞士的FISCHER公司、IBAG公司和STEP-TEC公司，德國(guó)的GMN公司和FAG公司，美國(guó)的PRECISE公司，意大利的GAMFIOR公司和FOEMAT公司，日本的NSK公司和KOYO公司，以及瑞典的SKF公司等公司。<三>高速電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩種主要布局設(shè)計(jì)：

1.主電機(jī)置于主軸前、后軸承之間。它采用兩支承結(jié)構(gòu)，前軸承比后軸承尺寸大，均分別用串聯(lián)安裝方式，前后支承受力方式為外撐式。后支承選用小尺寸軸承，雖然會(huì)降低速度回?cái)?shù)值，這對(duì)主軸整體剛性影響不大，但它改變了工作條件，對(duì)保持整個(gè)軸系的使用壽命十分有利。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是主軸單元的軸向尺寸較短，主軸剛度大，輸出功率大，較適合大中型高速機(jī)床。

2.主電動(dòng)機(jī)置于主軸后軸承之后，即主軸箱和主電機(jī)作軸向的同軸布置，這種方式減少了電主軸前端的懸伸量，電機(jī)的散熱條件較好，但整個(gè)電主軸單元的出力較小，軸向尺寸大，常用于小型高速機(jī)床。高速電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作路線高速電主軸動(dòng)動(dòng)平衡設(shè)計(jì)主軸單元?jiǎng)悠狡胶馓攸c(diǎn)：離離心力和轉(zhuǎn)速速平方成正比比，低速時(shí)測(cè)測(cè)不到的不平平衡在高速工工作時(shí)變的非非常明顯。動(dòng)平衡設(shè)計(jì)：：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上上杜絕動(dòng)不平平衡因素如采采用對(duì)稱設(shè)計(jì)計(jì)、軸上零件件采用無(wú)鍵（（包括螺紋））聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì)；；裝配前單個(gè)個(gè)零件分別動(dòng)動(dòng)平衡；裝配配后整體低速速到高速逐漸漸動(dòng)平衡（動(dòng)動(dòng)平衡精度G1～G0.4）；芯軸在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子熱裝后低低速到高速逐逐漸動(dòng)平衡（（動(dòng)平衡精度度G0.4）。高速電主軸軸軸上零件無(wú)鍵鍵連接為什么要采取取無(wú)鍵聯(lián)結(jié)？主軸單元?jiǎng)悠狡胶庖蟾撸ǎ℅1～G0.4級(jí)），結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)要求不采采用鍵、螺紋紋等動(dòng)不平衡衡因素，但這這帶來(lái)的是大大扭矩傳遞（（電機(jī)與轉(zhuǎn)子子的聯(lián)結(jié)）、、軸承軸向限限位防松等結(jié)結(jié)構(gòu)和無(wú)鍵聯(lián)聯(lián)結(jié)的矛盾。。采用過(guò)盈套聯(lián)聯(lián)結(jié)精度高；；對(duì)軸承預(yù)緊緊時(shí)不會(huì)引起起軸承受力不不均，不影響響軸承壽命；；過(guò)盈套質(zhì)量量均勻，主軸軸動(dòng)平衡易得得到保證。無(wú)鍵聯(lián)結(jié)的過(guò)過(guò)盈量計(jì)算計(jì)算原則：過(guò)過(guò)盈配合應(yīng)保保證過(guò)盈聯(lián)結(jié)結(jié)的結(jié)合強(qiáng)度度和聯(lián)結(jié)件的的零件強(qiáng)度。。結(jié)合強(qiáng)度是是指外負(fù)荷的的作用下，結(jié)結(jié)合零件之間間沒(méi)有相對(duì)移移動(dòng)，能可靠靠地傳遞給定定的負(fù)荷；聯(lián)聯(lián)結(jié)件的零件件強(qiáng)度是指聯(lián)聯(lián)結(jié)件在結(jié)合合壓力的作用用下，產(chǎn)生的的復(fù)合應(yīng)力不不超過(guò)設(shè)計(jì)給給定的極限值值，能夠安全全可靠地工作作。計(jì)算方法：過(guò)盈配合的的計(jì)算即在保保證結(jié)合強(qiáng)度度的條件下，，計(jì)算出承受受外載荷所需需的最小過(guò)盈盈量δmin和保證聯(lián)結(jié)件件的強(qiáng)度條件件下所容許的的最大有效過(guò)過(guò)盈量δmax，并依此來(lái)選選定恰當(dāng)?shù)呐渑浜?。在這種種情況下，應(yīng)應(yīng)認(rèn)為在所選選定的過(guò)盈配配合條件下，，零件不發(fā)生生塑性變形，，甚至在最大大應(yīng)力區(qū)存在在一定塑性變變形的條件下下，所設(shè)計(jì)的的過(guò)盈配合仍仍能安全可靠靠工作。其主主要計(jì)算如下下：最小過(guò)盈量的的計(jì)算：1.假設(shè)在靜態(tài)下下即當(dāng)轉(zhuǎn)速為為0時(shí)，過(guò)盈聯(lián)結(jié)結(jié)面?zhèn)鬟f扭矩矩為M或當(dāng)過(guò)盈聯(lián)結(jié)結(jié)承受軸向力力為Fx時(shí)，由彈性力力學(xué)原理，過(guò)過(guò)盈聯(lián)結(jié)傳遞遞負(fù)載所需的的最有效過(guò)盈盈量δb可按下式計(jì)算算：Ea、Ei過(guò)盈套材料和和主軸材料彈彈性模量；Ca、Ci包容件（過(guò)盈盈套與被包容容件（主軸））的直徑比有有關(guān)的系數(shù)。。結(jié)合加工工工藝、裝配要要求、工作溫溫度等因素并并引入安全系系數(shù)等對(duì)δb修正，則在靜靜態(tài)條件求得得傳遞力矩或或者承受軸向向力所須的最最小過(guò)盈量δemin按下式計(jì)算：：δemin=δb+δs+δt+δpδs考慮表面粗糙糙度影響的修修正量；δt考慮聯(lián)結(jié)件表表面溫度與裝裝配溫度之差差以及主軸與與過(guò)盈套材料料線膨脹系數(shù)數(shù)之差的其修修正量；δp重復(fù)拆卸引起起過(guò)盈量的減減少；以上修正量的的計(jì)算或確定定可從機(jī)械設(shè)設(shè)計(jì)手冊(cè)中查查得。2.主軸高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時(shí)過(guò)盈套所所受離心力，，該離心力可可引起過(guò)盈套套內(nèi)孔的擴(kuò)張張，導(dǎo)致過(guò)盈盈量減少。當(dāng)當(dāng)主軸材料和和過(guò)盈套材料料的泊松比、、彈性模量和和密度相差不不大時(shí)，離心心力引起過(guò)盈盈量減少量δw可由下式計(jì)算算式中，ω為主軸的轉(zhuǎn)速速；ρ為主軸材料和和過(guò)盈套材料料的密度；v為主軸材料和和過(guò)盈套材料料的泊松比；；E為主軸材料和和過(guò)盈套材料料的彈性模量量；3.由以上可知，，當(dāng)考慮轉(zhuǎn)速速影響時(shí)傳遞遞力矩或者承承受軸向力所所須的最小過(guò)過(guò)盈量δmin按下式計(jì)算:式中，K為考慮過(guò)盈套套結(jié)構(gòu)引起的的應(yīng)力集中、、載荷波動(dòng)和和影響和可靠靠性、安全性性而引入的安安全系數(shù)。最大過(guò)盈量的的計(jì)算：由第四強(qiáng)度理理論，過(guò)盈套套和軸不產(chǎn)生生塑性變形所所容許的最大大結(jié)合壓力Pmax和主軸結(jié)合面面不產(chǎn)生塑性性變形所容許許的最大結(jié)合合壓力Pmin分別為：式中，σsa、σsi分別為過(guò)盈套套材料的屈服服強(qiáng)度則在彈性范圍圍內(nèi)，過(guò)盈聯(lián)聯(lián)結(jié)合面不發(fā)發(fā)生塑性變形形時(shí)所容許的的最大有效過(guò)過(guò)盈量δmax按下式求得：：由以上各式，，當(dāng)轉(zhuǎn)速為ω，過(guò)盈聯(lián)結(jié)面面?zhèn)鬟f扭矩為為M或當(dāng)過(guò)盈聯(lián)結(jié)結(jié)承受軸向力力為Fx，過(guò)盈套與軸軸之間過(guò)盈量量δb應(yīng)滿足以下要要求：δmin<δb<δmax電主軸結(jié)構(gòu)單單元參數(shù)靜態(tài)態(tài)估算1主軸軸承靜剛剛度2主軸單元準(zhǔn)要要結(jié)構(gòu)參數(shù)確確定3高速電主軸單單元臨界轉(zhuǎn)速速的核算前后支承均選選用SKF高精度混合式式陶瓷角接觸觸球軸承，其其主要技術(shù)參參數(shù)如表2.1：<一>主軸軸軸承靜剛度:軸承裝配后的的預(yù)緊力Gm可用下式計(jì)算算:Gm=f1?f2?f?fHc?GAf———軸承系數(shù)f1———接觸角系數(shù)f2———預(yù)緊級(jí)別系數(shù)數(shù)fHc——混合陶瓷球軸軸承修正系數(shù)數(shù)GA——裝配前的預(yù)緊緊力前支承71913CE/HC：查機(jī)床滾動(dòng)軸軸承應(yīng)用手冊(cè)冊(cè)f=1.85，f1=1，f2=1，fHc=1.06，GA=80Gm=1.85×1××1×1.06×80=156.88<二>主軸單單元主要結(jié)構(gòu)構(gòu)參數(shù)確定：：主要假設(shè)：（1）用單一的當(dāng)當(dāng)量截面代替替多個(gè)不同尺尺寸的截面；；（2）用合并或忽忽略輔助支承承的方法，將將多個(gè)軸承簡(jiǎn)簡(jiǎn)化為前后兩兩個(gè)支承；（3）將軸承簡(jiǎn)化化為徑向的壓壓縮彈簧，即即只認(rèn)為軸承承具有徑向剛剛度，而不具有角剛度；；（4）忽略轉(zhuǎn)速對(duì)對(duì)軸承剛度的的影響；（5）、忽略軸承承負(fù)荷對(duì)軸承承剛度的影響響，即把軸承承剛度當(dāng)作不不變的常數(shù)對(duì)待。設(shè)計(jì)計(jì)算：(1）主軸直徑的的初選：參考考國(guó)內(nèi)外電主主軸生產(chǎn)廠家家技術(shù)資料，，根據(jù)電機(jī)、、拉刀機(jī)構(gòu)等等外購(gòu)件的尺尺寸參數(shù)，初初步確定主軸軸的當(dāng)量直徑徑D=Φ63.5mm，主軸的內(nèi)孔孔直徑d=Φ30mm。（2）前懸伸量a的初步確定：：前懸伸a對(duì)主軸組件的的綜合剛度影影響很大，在在選擇主軸端端部結(jié)構(gòu)以及及考慮刀具的的安裝、軸承承的類型及密密封結(jié)構(gòu)時(shí)，，應(yīng)盡可能減減小主軸的懸懸伸量。初步步確定前懸伸伸量a=55mm。（3）主軸最佳跨跨距l(xiāng)0的計(jì)算：滿足足主軸前端最最小靜撓度條條件時(shí)的l是最佳跨距l(xiāng)0，當(dāng)0.75≤l/l0≤1.5時(shí)，主軸組件件的剛度損失失不超過(guò)5%～7%，在工程上認(rèn)認(rèn)為是合理的的剛度損失，，故在該范圍圍內(nèi)的跨距稱稱為“合理跨跨距”l合，結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)應(yīng)爭(zhēng)取符合最最佳跨距，如如果結(jié)構(gòu)上不不允許，則需需修改其他參參數(shù)使其處在在l合范圍內(nèi)。ys是假設(shè)軸承為為剛性支承，，主軸為彈性性體時(shí)，主軸軸在前端受到到外載荷P作用后的位移移yz是假設(shè)主軸是是剛體，支承承為彈性體時(shí)時(shí)，主軸在前前端受到外載載荷P作用后的位移移根據(jù)材料力學(xué)學(xué)的特性，主主軸前端在一一定的外載荷荷P的作用下，主主軸端部的總總撓度y為根據(jù)最小撓度度條件dl/dy=0：解得：l/a=3.8最佳跨距l(xiāng)a=3.8a=3.8x55=209mm根據(jù)構(gòu)造上的的要求對(duì)最佳佳跨距l(xiāng)0進(jìn)行修正。根根據(jù)電機(jī)的尺尺寸參數(shù)取l=300mm剛度驗(yàn)算：K=p/y<三>高速電電主軸單元臨臨界轉(zhuǎn)速的核核算：當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速達(dá)達(dá)到某一定值值時(shí)，軸將產(chǎn)產(chǎn)生強(qiáng)烈的橫橫向振動(dòng)，如如果繼續(xù)提高高其轉(zhuǎn)速，振振動(dòng)就會(huì)衰減減，但當(dāng)轉(zhuǎn)速速達(dá)到另一較較高的定值時(shí)時(shí)，強(qiáng)烈振動(dòng)動(dòng)又會(huì)重新出出現(xiàn)。這種發(fā)發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速稱稱為軸的臨界界轉(zhuǎn)速（n0）。同一根軸軸有很多個(gè)臨臨界轉(zhuǎn)速，按按其數(shù)值由小小到大排列，，稱為第一階階臨界轉(zhuǎn)速（（n01）、第二階臨臨界轉(zhuǎn)速（n02）…等。軸的工作轉(zhuǎn)速速應(yīng)避免等于于或接近其臨臨界轉(zhuǎn)速，以以免產(chǎn)生共振振，影響機(jī)床床的加工質(zhì)量量。工作轉(zhuǎn)速速n低于第一階臨臨界轉(zhuǎn)速的軸軸稱為剛性軸軸，通常使n<0.75n01，n高于第一一階臨臨界轉(zhuǎn)速速的軸軸稱為撓撓性軸軸，通常常使1.4n01<n<0.7n02只裝一個(gè)盤狀狀零件且不計(jì)計(jì)軸重時(shí)的臨臨界轉(zhuǎn)速按下下式計(jì)算：W——盤狀零件的重重量l——兩支承間跨距距（cm）K——系數(shù)E—軸材料的彈性性模量（kgf/cm）I——軸斷面的慣性性矩當(dāng)在一根雙支支承的等徑軸軸上裝有i個(gè)盤狀類零件件時(shí)，其臨界界轉(zhuǎn)速有如下下的關(guān)系式：：如果核算結(jié)果果，臨界轉(zhuǎn)速速偏低時(shí)，可可通過(guò)提高軸軸的剛度或減減輕軸的重量量來(lái)提高其臨臨界轉(zhuǎn)速。電主軸單元幾幾何精度設(shè)計(jì)計(jì)：主軸軸承精度度對(duì)主軸前端端精度影響：：前、后軸承的的誤差對(duì)主軸軸回轉(zhuǎn)精度的的影響是不同同的。圖(a)表示前軸承軸軸心有偏移δa，后軸承偏移移為零的情況況。這時(shí)反映映到主軸端部軸心心的偏移為δ1=δa[(L+a)/L]δ1；圖(b)表示后軸承有有偏移δb，前軸承偏移移為零的情況況。這時(shí)反映映到主軸端部部軸心的偏移移為δ2=δb（a/L）。各種精度等級(jí)級(jí)的機(jī)床，主主軸軸承的精精度，可參考考設(shè)計(jì)手冊(cè)選選用，再按下下面所述方法法驗(yàn)算。定向選配法提提高精度定向選配的方方法原理是將將各項(xiàng)誤差按按一定的方向向裝配，使其其誤差相互抵抵消或完全抵抵消。調(diào)整前前、后軸承內(nèi)內(nèi)圈與主軸的的周向位置，，把各個(gè)誤差差調(diào)到一條直直線上，如圖圖所示，使使其中較小的的兩個(gè)誤差朝朝一個(gè)方向，，最大的一個(gè)個(gè)朝另一個(gè)方方向。這樣，，誤差可縮小小為δ1或δ2，但不能完全全抵消。直線伺服電機(jī)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)直線伺服電機(jī)機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)驅(qū)動(dòng)部件：直線伺服電動(dòng)動(dòng)機(jī)是一種直直接將電能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能能的電力驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置，是適適應(yīng)超高速加加工發(fā)展的需需要而出現(xiàn)的的一種新型電電動(dòng)機(jī)，直線線伺服電機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)替換換了傳統(tǒng)的由由回轉(zhuǎn)型伺服服電動(dòng)機(jī)加滾滾珠絲杠的伺伺服進(jìn)給系統(tǒng)統(tǒng)，從電動(dòng)機(jī)機(jī)到工作臺(tái)之之間的一切中中間轉(zhuǎn)動(dòng)都沒(méi)沒(méi)有了，可直直接驅(qū)動(dòng)工作作臺(tái)進(jìn)行直線線運(yùn)動(dòng)，使機(jī)機(jī)床的加減速速提高到傳統(tǒng)統(tǒng)機(jī)床的10~20倍，速度提高高3~4倍。原理：直線伺服電機(jī)機(jī)工作原理同同旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)機(jī)相似，可以以看成是將旋旋轉(zhuǎn)式伺服電電動(dòng)機(jī)沿徑向向剖開(kāi)，向兩兩邊拉開(kāi)展平平后演變而來(lái)來(lái)，如圖，原原來(lái)的定子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為直線伺伺服電動(dòng)機(jī)的的初級(jí)，原來(lái)來(lái)的轉(zhuǎn)子演變變成直線伺服服電機(jī)的次級(jí)級(jí)。原來(lái)的旋旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變變?yōu)槠酱艌?chǎng)。為使初級(jí)和次次級(jí)之間能在在一定范圍內(nèi)內(nèi)做相對(duì)直線線運(yùn)動(dòng)，直線線伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)的初級(jí)和次次級(jí)長(zhǎng)短是不不一樣的。可可以是短的次次級(jí)移動(dòng)，長(zhǎng)長(zhǎng)的初級(jí)固定定，如圖a所示；也可以以是短的初級(jí)級(jí)固定，長(zhǎng)的的次級(jí)移動(dòng)，，如圖b。直線伺服電動(dòng)動(dòng)機(jī)通電后，，在定件和動(dòng)動(dòng)件之間的間間隙中產(chǎn)生一一個(gè)大的行波波磁場(chǎng)，依靠靠磁力，推動(dòng)動(dòng)動(dòng)件（工作作臺(tái)）做直線線運(yùn)動(dòng)。圖所示是直線線伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖圖，直線伺服服電動(dòng)機(jī)分為為同步式和感感應(yīng)式兩類。。同歩式是在在直線伺服電電機(jī)的定件上上，在全行程程沿直線方向向上一塊接一一塊的安裝上上永久磁鐵（（電動(dòng)機(jī)的次次級(jí)）；在直直線伺服電動(dòng)動(dòng)機(jī)的動(dòng)件下下不的全長(zhǎng)上上，對(duì)應(yīng)一塊塊接一塊的安安裝含鐵芯的的通電繞組（（電動(dòng)機(jī)的初初級(jí)。采用直線伺服服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)方式，省去去減速器（齒齒輪，同你歩歩齒形帶）和和滾珠絲杠副副等中間環(huán)節(jié)節(jié)，不僅簡(jiǎn)化化機(jī)床結(jié)構(gòu)，，而且避免了了因中間環(huán)節(jié)節(jié)的彈性形變變，磨損，間間隙，發(fā)熱等等帶來(lái)得分傳傳動(dòng)誤差；無(wú)無(wú)接觸的直接接驅(qū)動(dòng)，使其其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，，維護(hù)簡(jiǎn)便，，可靠性高，，響應(yīng)快，可可以得到瞬間間高的加/減速度。存在的問(wèn)題：：1.隔磁防磁問(wèn)題題2.發(fā)熱問(wèn)題3.成本高。直線電機(jī)和工工作臺(tái)之間沒(méi)沒(méi)有任何中間間傳動(dòng)環(huán)節(jié),這就使得各種種外界擾動(dòng)、、負(fù)載擾動(dòng)直直接作用在電電機(jī)上;同時(shí)直線電機(jī)機(jī)特有的邊端端效應(yīng)的影響響以及其特殊殊運(yùn)動(dòng)方式下下重力、摩擦擦力的影響,更使得運(yùn)動(dòng)方方向推力變得得難以控制。。這就要求位位置和速度檢檢測(cè)裝裝置有很高高的分分辨率率和動(dòng)態(tài)響響應(yīng)能能力。系統(tǒng)統(tǒng)要有有魯棒棒性很很強(qiáng)的的控制制器,以消除除內(nèi)部部參數(shù)數(shù)擾動(dòng)動(dòng)和外外界干干擾的的影響響。目目前,直線電電機(jī)進(jìn)進(jìn)給系系統(tǒng)采采用的的控制制策略略主要要有傳傳統(tǒng)的的PID控制、解耦控控制;現(xiàn)代控控制方方法中中的非非線性性控制制、自適應(yīng)應(yīng)控制制、滑滑模變變結(jié)構(gòu)構(gòu)控制制、模模糊控控制及及人工工智能能控制制等。對(duì)對(duì)于直直接驅(qū)驅(qū)動(dòng)直直線電電機(jī)位位置控控制系系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)計(jì),比較合合理的的方案案是采采用兩兩自由由度設(shè)設(shè)計(jì)方方案,即設(shè)計(jì)計(jì)基于于擾動(dòng)動(dòng)觀測(cè)測(cè)器的的位置置控制制系統(tǒng)統(tǒng)。對(duì)對(duì)于額額定推推力在在100N以下的的小型型直線線電機(jī)機(jī),可以采采用基于擾擾動(dòng)觀觀測(cè)器器的加加速度度前饋饋位置置控制制系統(tǒng)統(tǒng)和基基于動(dòng)動(dòng)子質(zhì)質(zhì)量和和粘滯滯系數(shù)數(shù)辨識(shí)識(shí)的IP位置控控制系系統(tǒng)。對(duì)于于額定定推力力在1000N左右的的大型型直線線電機(jī)機(jī),可以采采用基于擾擾動(dòng)觀觀測(cè)器器的加加速度度反饋饋位置置控制制系統(tǒng)統(tǒng)。如何控控制進(jìn)進(jìn)給：：直線電電機(jī)在在活塞塞異形形外圓圓車削削加工工中的的應(yīng)用用在精密密車削削非圓圓截面面零件件(如內(nèi)燃燃機(jī)的的中凸凸變橢橢圓活活塞、、航天天工業(yè)業(yè)的異異型軸軸、光光學(xué)儀儀器的的非軸軸對(duì)稱稱透鏡鏡)時(shí),要求驅(qū)驅(qū)動(dòng)刀刀具的的微進(jìn)進(jìn)給機(jī)機(jī)構(gòu)應(yīng)應(yīng)具有有高頻頻響、、大行行程、、高精精度的的特點(diǎn)點(diǎn),傳統(tǒng)的的微