高档数控机床中永磁直线同步电机驱动系统关键技术分析

引言

　　高档数控机床一般是指具有高速、高精度和多轴加工能力的机床。这就要求高档数控机床的进给驱动系统必须具备很高的加速度，来实现高的进给速度。但传统数控机床的驱动系统大都依赖旋转电机加丝杠驱动。丝杠驱动本身就具有一系列不利因素，包括：刚度与长度的限制、摩擦、扭曲、较长的振动衰减时间、与电机的耦合惯量以及丝杠的轴向压缩等。所有这些因素都限制了传统驱动装置的速度、精度和效率。

　　高速反应能力的直线电机驱动技术——所谓的零传动方式由于消除了传统机械传动链所带来的一系列不良影响。因而极大地提高了进给系统的快速反应能力和运动精度，成为新一代数控机床中最具代表性的先进技术之一。直线电机驱动技术在高档数控机床上开始得到了可喜的应用，其前景是诱人的。然而，直线电机驱动技术在应用中也存在着不少需要解决的技术问题。

1 应用于高档数控机床的直线电机形式

　　在高档数控机床上应用的直线电机主要是交流直线电机，交流直线电机又分为直线感应电机和永磁直线同步电机。

　　直线感应电机结构有平面型和圆筒型两种。对于直线行程小于500mm的场合，一般采用圆筒型。对于较长行程的场合通常采用平面型结构。直线感应电机一般由 SPWM变频器供电，采用矢量控制及其它一些智能控制方式并针对直线电机的特点，增加一些补偿办法。永磁直线同步电机一般由专用逆变器供电，通过PWM调制，采用PID调节控制及DSP等控制方式。两种型式各有优劣。从总体性能上，永磁式直线同步电动机具有较大优势，但从价格和防磁、防尘角度看，则感应式直线异步电动机具有它的优势。

　　永磁直线同步电机兼有直线电机和永磁电机的双重特点，具有推力大、响应速度快、体积小等特点，是构成高速高精度直线进给系统的首选机型。永磁材料性能的不断提高及其价格的降低使永磁直线同步电机的优点更加明显。所以，永磁直线同步电机更适合用于直线电机驱动技术，它提高了驱动系统的移动速度、加速度和运动精度，在高速、高精度数控机床中的应用越来越广泛。下面仅对永磁直线同步电机在高档数控机床上的应用技术进行分析。