Линейный привод в станкостроении - точность и эффективность
В настоящее время в мире все больше внимания уделяется вопросам применения
линейного привода в различном технологическом оборудовании и в частности
в станках. Все мировые производители электротехнического оборудования (Bosch,
Siemens и др.) имеют в своих каталогах линейные двигатели.
Этот факт объясняется тем, что применение линейного привода в оборудовании позволяет:
1. упростить его кинематическую схему;
2. повысить срок службы оборудования и стабильность точностных характеристик;
3. расширить диапазон технологических скоростей (от 0.01 м/с до 5 м/с);
4. увеличить динамику ( до 6 g);
5. получить, в сочетании с бесконтактным датчиком линейного перемещения,
высокую точность (до 10 нм).
Все это в итоге позволяет увеличить коэффициент усиления в контуре положения
(по сравнению с классической схемой) и поднять динамическую точность оборудования.
Под линейным приводом понимается устройство, состоящее из линейного датчика
перемещения, линейных направляющих и линейного электродвигателя переменного
тока следующих типов:
- синхронного индукторного электродвигателя;
- синхронного электродвигателя с постоянными магнитами на статоре.
Появление новых технологий в металлообработке, а также стремление повысить
производительность станков стимулируют применение линейного привода
в технологическом оборудовании.
Мировой опыт показывает, что наиболее перспективными областями применения линейного привода являются:
а) оборудование для высокоскоростной обработки
(HSM-обработка), где высокая динамическая
точность обработки сочетается с малой величиной технологического усилия;
б) оборудование для производства печатных плат и SMD-технологии;
в) оборудование для электроэрозионной обработки,
в котором исключительныя точность
и плавность перемещения должны сочетаться
с высоким быстродействием;
г) широкоформатные лазерные технологические комплексы,
в которых относительно низкие скорости резки
(0,1 м/с) сочетаются с высокими скоростями холостого перемещения (1-2 м/с).
Линейный привод, как и любой другой, имеет вполне конкретные границы применения,
нарушение которых может привести к созданию экономически неэффективного,
а возможно и неработоспособного оборудования.
Ниже приведены основные критерии, по которым можно определить целесообразность
использования линейного привода в оборудовании.
1. Усилие тяги
Как известно, момент (сила тяги) двигателя станка рассчитывается из требований
техпроцесса (технологическое усилие) и динамических требований к оборудованию
(динамическое усилие).
Учитывая различия в конструкции линейных двигателей, можно сказать, что для
синхронного высокомоментного двигателя технологическое усилие может быть меньше
динамического в 3-4 раза, а для синхронного индукторного двигателя нужно брать
большее из них.
Теоретически, от линейного электродвигателя можно получить любое усилие тяги,
но, исходя из разумных требований к габаритам оборудования, следует ограничиться
расчетным длительным технологическим усилием до 3 кН. Значение максимальной силы
тяги линейного двигателя связано с величиной допустимой тепловой нагрузки
оборудования. Если применять электродвигатель с принудительным охлаждением,
то длительные усилия могут вырасти до 10 кН, однако использование принудительного
охлаждения, в особенности водяного, усложняет конструкцию оборудования.
2. Точность
Под точностью оборудования следует понимать не только точность абсолютную,
но и повторяемость и величину минимальной дискреты перемещения.
Так как в линейном приводе отсутствует люфт, то его точность полностью
определяется характеристиками датчика линейного перемещения:
- сверхвысокая точность (до 10 нм) на малой длине (до 1000 мм);
- средняя точность (10 мкм) и малая дискрета перемещения
(0,2-1 мкм) на длине более 1500 мм;
- низкая точность(0,1 мм) на длинах свыше 2500 мм.
Это именно те области, где даже в системах привода с ШВП или рейкой применяют
датчики линейного перемещения.
3. Быстродействие
Линейный привод особенно эффективен для оборудования, в котором требуется
реализация старт-стопных режимов с частотой более 1 Гц. Для привода с ШВП такой
режим приводит к быстрому износу пары винт-гайка и выходу оборудования из строя,
а линейный привод работает в таких режимах много лет без всякой регулировки.
4. Скорость
Линейный двигатель не имеет конструктивных ограничений по скорости перемещения,
и максимальная скорость линейного привода определяется другими его элементами,
в первую очередь - датчиком линейных перемещений, но можно рекомендовать
применение линейного привода в двух случаях:
- для скоростей свыше 1 м/с, когда применение ШВП ограничено максимальной
частой вращения
винта или гайки;
- при большом диапазоне технологических скоростей (от 0,01 до 1 м/с).
Соответствие хотя бы одного из перечисленных критериев требованиям вашего
оборудования говорит о возможности применения линейного привода.
Стоимость линейного привода (3000-4000$ за метр) определяется в первую очередь
стоимостью таких его составляющих, как:
- линейные направляющие (400-600$ за метр);
- датчик линейного перемещения (800-1500$ за метр, в зависимости от класса точности);
- магниты из редкоземельных материалов (160-210$ за кг).
Однако надо учитывать, что первые две позиции являются стандартными в комплектации
современного станочного оборудования, и поэтому, сравнивая стоимость линейного
привода со стоимостью привода на ШВП, следует сопоставлять только стоимость
производства линейного двигателя (статора и ротора) со стоимостью комплекта
ШВП - высокомоментный двигатель переменного тока.
При таком сравнении линейный двигатель оказывается дешевле!
Линейный привод является встраиваемым устройством, и его проектирование должно
вестись совместно с проектированием оборудования.
Специалисты предприятия "СпецМаш" имеют многолетний опыт разработки и производства
линейных электроприводов для технологических механизмов.
ЧП "СпецМаш" выполняет следующие виды работ:
- проектирование и изготовление линейного привода для технологического оборудования Заказчика;
- изготовление комплектного технологического оборудования с линейным приводом и системой ЧПУ.
Вернуться в раздел "Линейный привод"
|
