直线步进电机进给系统几种改进设计方案分析

信息来源：深圳市嘉扬科技有限公司
添加时间：2025-1-18

直线步进电机，或者称之为线性步进电机，是由磁性转子铁芯通过与由定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动，直线步进电机是在步进电机中把旋转式的运动转化成为线性运动。应用领域：直线步进电机被广泛应用于包括制造、精密校准、精密流体测量、精确位置移动等等一些诸多的高精度要求领域。科技有限公司的技术工程师针对直线电机进给系统分析有以下几种改进设计方案：一、附加式制冷机实现其恒温步进电机控制从直线电机发热过程的分析可知，由电机产生的热量一方面制约着其允许的电参数（如电流）强度，也就制约了该电机驱动推力的大小。另外一方面这也将严重的导致其起机床导轨的热变形。为了从根本意义上解决这问题，可以在直线电机与机床导轨间增加一恒温控制装置。其方法是在直线电机与机床导轨内嵌入氟里昂制冷机的蒸发管（当然我们也可以通过利用半导体制的冷元件或其它的制冷元件），利用其蒸发管的热传导系统从而进行降温。并通过温度反馈以实现恒温（15～30℃）控制。二、无刷直流直线电机由于机床进给用的直线电机驱动系统，必定要采用直线位置检测反馈来实现全闭环控制。因此，利用其位移检测信号与所设计的电机极距进行比较，以此来控制改变电枢绕组的电流方向。这样即省去了电刷换向机构，又避免了电刷换向带来的弊病，增加了其稳定性和可靠性。三、速度、位移反馈及位置测量误差定点软件补偿为获得直线电机较好的调速特性，需采用测速负反馈控制。对此，既可在直线电机内另增加一组测速发电绕组进行反馈；但也可直接利用位移测量信号，对其进行微分后作为速度信号来反馈控制。关于直线位置检测元件的选择。考虑激光器件成本较高，而感应同步器、磁栅又都是利用电磁感应原理检测的，为防止直线电机自身的电磁场对其干扰，应选择利用光电转换原理工作的光栅较合理。为进一步提高位置检测的分辨率和精度，基于现有的光栅检测元件由于制造工艺等原因，在未能提高光栅玻璃直尺刻线密度的情况下，可以通过电子线路进一步细分来提高分辨率。同时采用软件定点补偿来提高精度。其方法是在整个直线位置控制装置安装完毕后，再借助于更高一级的位置测量装置，如激光干涉仪，进行测量比较，设定多点并逐点进行误差记录，将值存入微机的EPROM中，然后运行时通过微机软件控制，进行定点补偿来提高其检测精度。四、多极电磁式、双边对称结构与磁垫悬浮导轨为提高直线电机低速运行特性，电机需设计成多磁极型。由于直线电机磁场是平摊着的，这对电机制造不会带来很大难度。同时考虑到上述隔磁问题，其磁场应采用电磁式较好，并且这样更便于控制。通过分析可知，直流直线电机在运行中要产生两种力，一种是由励磁产生的磁拉力（也可成为电机的制动力）；另一种就是由电枢绕组产生所需要的驱动推力。因此通过测速、位置反馈来合理调节控制其励磁电流和电驱电流，即可较好地实现起动、加速、运行、制动、定位和自锁等要求。为保证推力平稳，直线步进电机的布局应做成双边对称结构。并且此时也可实现无机械接触的磁垫悬浮导轨，即利用直线电机的动、定件兼作机床导轨副。为确保磁浮气隙间的平衡，在气隙间安装一间隙测量传感器，通过间隙测量来反馈控制两侧对称励磁绕组的电流，以改变两侧定件与动件之间的磁拉力，即兼作磁垫导轨的悬浮力，从而调整两侧对称的磁垫气隙间距。五、附加压电式微步进的组合式直线电机为满足超精密加工的要求，需通过微量进给、精密定位来实现。为此，可在原直线电机进给机构中再以串联方式安置一微进给直线步进电机。该直线步进电机利用压电陶瓷的磁致伸缩原理制成，可实现0.1～0.01μm的微小步距进给。利用该组合式直线电机，在同一台机床上即可同时满足快、慢速进给和微量进给、精密定位的多种切削要求。