AC直线电动机与精密滚珠丝杠副的对比
- 发布时间：2010/9/11 11:01:07
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AC直线电动机与精密滚珠丝杠副的对比
德国DMG公司以批量生产各类高性能数控装备著称，在其伺服进给系统中采用AC-LM较早，而且采用率也是很高的（均在机床型号后标注“Linear”），该公司对AC-LM和PHS-BS的配置有三种类型：
- 各坐标轴全部配置AC-LM驱动的“快速型”数控装备。例如：DMC85V Linear、DMC75V Linear、DMC105V Linear、DMC60H Linear、DMC80H Linear以及DML80-Fine Cutting激光加工机等。
- 混合驱动型。例如：DMF500 Linear动柱式大型立式加工中心，在X轴（行程5m）配置AC-LM，V=100m/min；而在Y、Z轴则采用PHS-BS，V=60m/min。此外，CTV250、CTX300、CTX420、DMC104V、DMF220F、DMF360F等均属混合驱动型。
- 各坐标轴全部配置PHS-BS驱动的“强力型”加工中心。例如：DMC63H高速卧式加工中心，X、Y、Z三轴全部采用PHS-BS驱动（Φ50，Pn=35），V=80m/min，加速度1g，定位精度0.008mm。此外还有DMC80H和DMC100H、DMC125H （duo BLOCK）以及DMC60T等。
| PHS-BS | AC-LM | 说明 | |
| 线性伺服进给系统主要环节 | CNC-伺服电机-无隙连轴器-止推轴承－PHS/BS-冷却系统-滚动导轨-螺母座-工作台 | 闭环CNC-电机动子-强冷系统-滚动导轨-位置感测器－工作台 | AC-LM称为直接驱动，PHS-BS是非直接驱动 |
| 驱动线速度（m/min） | 60～100（120），速度范围有限 | 60～200（600），速度范围广 | 前者当n↑，Pn↑；Vmax＝200m/min；后者zui小：1µm/s |
| 加速度（g） | 0.5～1.5（2） | 0.5～10 | 都要求运动部件轻量化 |
| 定位、重复定位精度（µm） | 较高（2～5） | 很高。光栅闭环控制：0.1～0.01 | AC-LM在高速位移状态下可达亚微米级定位精度，跟踪误差小 |
| 运动的平稳性（%速度） | 较好，10% | 很好，1% | PHS-BS采用双头螺纹、双丝杆驱动可改善运动的平稳性 |
| 行程范围 | 有限 | 无限 | PHS-BS一般不超过5m |
| 控制系统 | 较简单，技术较成熟 | 较复杂，要求高（全闭环控制） | 负载变化直接作用于AC-LM，由于端部效应、齿槽效应等因素，使伺服控制复杂化，难度加大 |
| 热特性 | 已有较成熟的技术抑制温升与热变形 | 处于主机腹部的AC-LM是高发热部件，需采取强冷措施 | 达到相同目的，后者要付出更大的代价 |
| 工作噪音 | 较低 | 静音 | 前者已开发出高速静音产品 |
| 轴向推力 | 较大（与丝杆参数有关） | 较小（一般＜10kN） | 采用多台AC-LM并联，可提高轴向推力，但布局困难 |
| 产生相同推力所消耗的能量 | 较小 | 较大（功率损耗超过输出功率的50%） | PHS-BS属于节能、增力型传动部件 |
| 寿命（h），可靠性 | 6000～10000，可靠性较高 | ≈50000，无机械磨损，寿命长，可靠性高 | PHS-BS的可靠性与制造品质有关，AC-LM的可靠性受控制系统稳定性影响 |
| 对周边的影响 | 没有影响 | 必须采取有效隔磁与防护措施，隔断强磁场对滚动导轨的影响和对铁屑磁尘的吸附 | AC-LM法向磁力与轴向推力之比大约为4:1～5:1 |
| 工作效率 | 高 | 更高，可使主机生产效率提高20%以上 | |
| 制造成本 | 比普通滚珠丝杆高，比AC-LM低得多 | 成本高，售价昂贵 | AC-LM在中国的制造技术成熟和量产后，成本和售价可望下降 |
- 高速、超高速、高加速度和生产批量大、要求定位的运动多、速度大小和方向频繁变化的场合。例如汽车产业和IT产业的生产线，精密、复杂模具的制造。
- 大型、超长行程高速加工中心，航空航天制造业中轻合金、薄壁、金属去除率大的整体构件“镂空”加工。例如美国CINCINNATI公司的“Hyper Mach”加工中心（46m）；日本MAZAK公司的“HYPERSONIC 1400L超高速加工中心（见图4），x、y轴采用AC-LM，快进速度120m/min，能将整体铝块镂空成飞机零件（Z轴仍用PHS-BS）。
- 要求高动态特性、低速和高速时的随动性、高灵敏的动态精密定位。例如，以Sodick为代表的新一代高性能CNC电加工机床、CNC超精密机床、新一代CPC曲轴磨床、凸轮磨床、CNC非园车床等。
- 轻载、快速特种CNC装备。例如德国DMG的“DML80 Fine Cutting”激光雕刻、打孔机，比利时LVD公司的“AXEL3015S”激光切割机，MAZAK的“Hyper Cear510”高速激光加工机等。
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