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斗山机床直线电机及其驱动电路设计
斗山机床直线电机及其驱动电路设计
直线电机技术是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需要通过中间任何转换装置的新颖电机，它具有系统结构简单、磨损少、噪音低、组合性强、维护方便等优点，其应用十分广泛，如列车驱动、物料运送、斗山机床工作、食品和轻工机械、自动绘图仪、液压金属泵、空气压缩机、电磁炮、家用电器以及半导体器件等。
表3-3旋转电机．滚珠丝杠方式与直线电机方式得传动性能比较
目前直线电机已用于加工中心、激光切割、等离子切割和电火花加工等斗山机床上。在斗山机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电动机传动的最大区别是取消了从电动机到工作台（拖板）之间的一切机械中间传动环节，把斗山机床进给传动链的长度缩短为零。这种传动方式被称为“零传动”。正由于这种“零传动”方式，带来了原旋转电动机驱动方式无法达到的性能指标和优点。表3-3列出了旋转电机，滚珠丝杠方式与直线电机方式得传动性能比较。
本文我们选用了Kollmorgen公司DDL系列无铁芯式直线伺服电机，电机的定子采用U型结构，有效行程为1024mm，动采用无铁芯式设计。其输出功率为242w，峰值电流14A，动子质量0.77kg，电枢电阻7.4Q，峰值推力800N，连续电流4A，连续推力226N。
为了配合直线电机的使用，选用Kollmorgen公司的伺服驱动器一伺服之星(SERVOSTAR)。型号为：CE06，连续工作的相电流为6A，峰值相电流可达18A。SERVOSTAR可以支持Kollmorgen公司全系列的DDL直线电机，它有以下主要功能和特点(1)带有一个专用的监控驱动软件MOTIONLINK，通过它可以方便地在PC机上对直线电机进行控制和数据采集；(2)可以提供平滑、精确的低速控制和高速性能：(3)提供了低通或陷波滤波器功能：(4)带有等效的编码器输出，在精度要求不高的情况下可以无需额外的位置反馈装置：(5)能够通过RS-232串行接口支持与PC机或ARM的通讯：(6)存储了4种运动控制算法；(7)具有转矩控制、速度控制、位置控制、脉冲跟踪和编码器方波输出跟踪等5种传动模式。
另外，选用HEIDENHAIN公司的型号为LI:DA171的敞开式直线光栅尺作为位置检测元件，其分辨率为1um。
直线电机技术是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需要通过中间任何转换装置的新颖电机，它具有系统结构简单、磨损少、噪音低、组合性强、维护方便等优点，其应用十分广泛，如列车驱动、物料运送、斗山机床工作、食品和轻工机械、自动绘图仪、液压金属泵、空气压缩机、电磁炮、家用电器以及半导体器件等。
表3-3旋转电机．滚珠丝杠方式与直线电机方式得传动性能比较
|
性能 |
旋转电机·滚珠丝杆方式 |
直线电机方式 |
|
精度(Lun．( |
5 |
0.5 |
|
重复精度 |
3 |
0.1 |
|
最高转速( m-min-l) |
90-120 |
60-200 |
|
最大加速度(g) |
1.5 |
2—10 |
|
静态刚度 |
90-180 |
70-270 |
|
动态刚度 |
90-120 |
160-210 |
|
平稳性（%速度） |
10 |
1 |
|
调整时间(ms) |
100 |
10-20 |
|
工作寿命(h) |
600Q-10000 |
50000 |
目前直线电机已用于加工中心、激光切割、等离子切割和电火花加工等斗山机床上。在斗山机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电动机传动的最大区别是取消了从电动机到工作台（拖板）之间的一切机械中间传动环节，把斗山机床进给传动链的长度缩短为零。这种传动方式被称为“零传动”。正由于这种“零传动”方式，带来了原旋转电动机驱动方式无法达到的性能指标和优点。表3-3列出了旋转电机，滚珠丝杠方式与直线电机方式得传动性能比较。
本文我们选用了Kollmorgen公司DDL系列无铁芯式直线伺服电机，电机的定子采用U型结构，有效行程为1024mm，动采用无铁芯式设计。其输出功率为242w，峰值电流14A，动子质量0.77kg，电枢电阻7.4Q，峰值推力800N，连续电流4A，连续推力226N。
为了配合直线电机的使用，选用Kollmorgen公司的伺服驱动器一伺服之星(SERVOSTAR)。型号为：CE06，连续工作的相电流为6A，峰值相电流可达18A。SERVOSTAR可以支持Kollmorgen公司全系列的DDL直线电机，它有以下主要功能和特点(1)带有一个专用的监控驱动软件MOTIONLINK，通过它可以方便地在PC机上对直线电机进行控制和数据采集；(2)可以提供平滑、精确的低速控制和高速性能：(3)提供了低通或陷波滤波器功能：(4)带有等效的编码器输出，在精度要求不高的情况下可以无需额外的位置反馈装置：(5)能够通过RS-232串行接口支持与PC机或ARM的通讯：(6)存储了4种运动控制算法；(7)具有转矩控制、速度控制、位置控制、脉冲跟踪和编码器方波输出跟踪等5种传动模式。
另外，选用HEIDENHAIN公司的型号为LI:DA171的敞开式直线光栅尺作为位置检测元件，其分辨率为1um。
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