直線電機(jī)工藝的研究

1、直線電機(jī)裝配工藝的研究與應(yīng)用 摘要：為了提高企業(yè)制造技術(shù)，加快新技術(shù)的開發(fā)，促進(jìn)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步，隨著高速切削、超精密加工等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，要求要有很高的驅(qū)動推力、快速進(jìn)給速度和極高的快速定位精度。機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)形成了直線電機(jī)直接驅(qū)動為主的發(fā)展方向。本文闡述了直線電機(jī)的工作原理及其功能，并以CKS6125數(shù)控車床所采用的直線電機(jī)為例，闡述直線電機(jī)的裝配工藝的關(guān)鍵技術(shù)，且對直線電機(jī)的主要裝配工序進(jìn)行分析與研究。此次直線電機(jī)試裝的成功，為我廠機(jī)床更新?lián)Q代，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了積極的推動作用。1引言近年來，就如何提高企業(yè)制造技術(shù)，加快新技術(shù)的開發(fā)，以被越來越多企業(yè)所重視。隨著高速切削、超精密加工等先進(jìn)制造

2、技術(shù)的發(fā)展，對機(jī)床各項(xiàng)性能指標(biāo)提出了越來越高要求。同時也對機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的伺服性能提出了更高的要求：要有很高的驅(qū)動推力、快速進(jìn)給速度和極高的快速定位精度。高速度、高加速度和高精度是現(xiàn)代伺服的要求及發(fā)展趨勢。直線電動機(jī)高速進(jìn)給單元的應(yīng)用使進(jìn)給傳動鏈及其結(jié)構(gòu)發(fā)生深刻的變化，機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)形成了直線電機(jī)直接驅(qū)動為主的發(fā)展方向。直線電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)雖然簡單，但制造工藝要求卻非常嚴(yán)格，為加快我國高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，加速我廠數(shù)控機(jī)床的更新?lián)Q代，組織力量對直線電機(jī)裝配工藝過程進(jìn)行攻關(guān)是必要的。2直線電機(jī)簡介直線電機(jī)是將直線位移機(jī)構(gòu)的傳動元件和執(zhí)行元件相結(jié)合。按能量轉(zhuǎn)換定理，進(jìn)給機(jī)構(gòu)的直線電機(jī)可分為同步電動機(jī)

3、和異步電動機(jī)。直線電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、功率損耗小、快移速度高、加速度高、運(yùn)動噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，直線電機(jī)驅(qū)動方式與旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動方式的最大區(qū)別是，取消了從電動機(jī)到工作臺之間的一切機(jī)械中間傳動環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了“零傳動”，避免了絲杠傳動中的反向間隙、慣性、摩擦力和剛性不足等缺點(diǎn)，使機(jī)床的性能大大提高。這項(xiàng)新技術(shù)國際上只有幾家較大的機(jī)床公司把它應(yīng)用到機(jī)床行業(yè)，而我國直線電機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)剛剛起步，尚末形成批量生產(chǎn)規(guī)模，直線電機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)和國外尚有較大差距。我廠在數(shù)控車床上應(yīng)用直線電機(jī)在國內(nèi)是第一家，所以說直線電機(jī)在CKS6125數(shù)控車床X軸上的應(yīng)用，是我們對這項(xiàng)新技術(shù)的嘗試，這項(xiàng)新技術(shù)研制的成功，為以后的機(jī)床開發(fā)和

4、應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。由于該項(xiàng)技術(shù)為我廠首次試制，直線電機(jī)的裝配應(yīng)處在探索中。CKS6125數(shù)控車床X軸直線電機(jī)采用的是西門子1FN3永磁同步直線電機(jī)，是將初級部構(gòu)芯（線圈）安裝在滑板上，次級部構(gòu)芯（磁鐵）安裝在床鞍上而成的一個完整內(nèi)裝式電機(jī)。其結(jié)構(gòu)如圖1：圖11FN3永磁同步直線電機(jī)主要有初級部分、次級部分、初級部構(gòu)芯型材、精密冷卻部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2：端子盒可選件：精確冷卻器(對環(huán)境溫度影響< 4 K)次級部分初級部分可選件：連續(xù)防護(hù)件(保護(hù)次級部分)動力冷卻器可選件：尾端件(固定機(jī)蓋，水流入流出)可選件：冷卻部分 (對環(huán)境溫度影響< 4 K) 圖2床鞍導(dǎo)軌采用依納公司的2RUE3

5、SDNLFEG3W2/920滾柱滑塊組合導(dǎo)軌，滑塊采用自潤滑，另帶2-BKESX35DHO鎖緊快，其結(jié)構(gòu)如圖3：圖33直線電機(jī)裝配工藝的關(guān)鍵技術(shù)及工藝方案3.1 直線電機(jī)裝配工藝的關(guān)鍵技術(shù)根據(jù)直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，直線電機(jī)零件加工和裝配的主要關(guān)鍵：a) 初、次級部構(gòu)芯安全裝配。b) 安裝直線電機(jī)所需工裝選擇。c) 安裝直線電機(jī)螺釘緊固扭矩選擇。d) 直線電機(jī)初、次級部芯裝配。e) 直線電機(jī)裝配后檢查與運(yùn)車。3.2直線電機(jī)裝配工藝方案確定直線電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)較為簡單，但其裝配工藝卻非常嚴(yán)格。由于直線電機(jī)次級構(gòu)芯的永磁體有一個強(qiáng)大的靜態(tài)磁場和相當(dāng)高鐵鐵磁極力，這對于人的健康和安全有直接的影響，因此裝配過

6、程中既要考慮如何保證直線電機(jī)的裝配精度，也要重視人身安全。按照上述要求制定直線電機(jī)裝配工序流程為：裝配前準(zhǔn)備將床鞍安裝在床身、安裝床鞍導(dǎo)軌預(yù)裝滑板調(diào)整機(jī)床精度將次級部構(gòu)芯冷卻安裝在床鞍上并試漏安裝次級部構(gòu)芯安裝次級部構(gòu)芯磁性蓋板將初級部構(gòu)芯冷卻器安裝在滑板上安裝初級部構(gòu)芯安裝滑板檢驗(yàn)直線電機(jī)安裝情況（手動）連接各冷卻和液壓管路完善各部3.3直線電機(jī)裝配過程的分析由于直線電機(jī)裝配后，拆裝非常困難，因此必須做好裝配前準(zhǔn)備工作。裝配前應(yīng)按目錄清點(diǎn)零件,收集所需工裝，清洗零件，按圖紙對零件進(jìn)行檢測。按照直線電機(jī)裝配工藝流程進(jìn)行裝配。一、如何實(shí)現(xiàn)直線電機(jī)安全裝配由于直線電機(jī)次級構(gòu)芯的永磁體有一個強(qiáng)大的靜

7、態(tài)磁場和相當(dāng)高鐵磁極力，因此裝配過程中要求做到：a. 磁性材料距次級部構(gòu)芯距離必須保證100mm。b. 手表、磁性材料（磁卡、軟盤等）要遠(yuǎn)離。c. 安裝、維修、維護(hù)設(shè)備時要帶工作手套。d. 帶心臟起搏器的人員不得在此設(shè)備上工作。e. 不能將強(qiáng)磁體放在次級部構(gòu)芯附近。裝配直線電機(jī)時，為了應(yīng)急，應(yīng)最少應(yīng)準(zhǔn)備兩個高強(qiáng)度、非磁性材料制造的楔形物（如：不銹鋼扁鏟），一把錘子（重3kg），用于吸到次級部構(gòu)芯零件的分開f. 裝配前才能拆掉次級部構(gòu)芯包裝箱。g. 裝配時至少有2人操作。h. 永遠(yuǎn)不能把初級部構(gòu)芯直接放到次級部構(gòu)芯上。i. 使用鋼制工具時要握緊工具，從側(cè)面接近次級部構(gòu)芯。j. 次級部構(gòu)芯裝好后又

8、做其他工作，要用20mm以上厚的非金屬材料（如木頭）把它蓋好。k. 在初級部構(gòu)芯和次級部構(gòu)芯已被裝好在直線導(dǎo)軌上之后，要防止由于磁力作用在移動方向上移動。l. 要使用專用安裝工具和設(shè)備。二、如何選擇安裝直線電機(jī)所用工裝 由于直線電機(jī)初級部構(gòu)芯具有很強(qiáng)的磁力，所以安裝直線電機(jī)所用工具應(yīng)采用不銹鋼或非金屬工具，安裝初、次級部構(gòu)芯時，為防止磁力作用造成的傷害，而采用專用安裝裝置，所需工裝如下：a.拆卸/安裝裝置（非磁性材料）。b.手錘1把（非磁性材料）。c.（楔形物）2把（非磁性材料）。d.扳手（不銹鋼）。三、如何選擇安裝直線電機(jī)螺釘和緊固扭矩 安裝直線電機(jī)為避免磁性，選用了不銹鋼A2螺釘，為保證螺

9、釘安裝牢固，規(guī)定螺釘擰入的深度不少于1.0×d，為增加螺釘?shù)膴A持力，給螺釘涂上MoS2潤滑脂，為保證初、次級線圈受力均勻，冷卻板安裝時不變形，緊固螺釘時用扭矩扳手按要求對角緊固。 安裝1FN3直線電機(jī)用螺釘緊固扭矩 單位：N.m螺釘規(guī)格推薦螺釘緊固扭矩高強(qiáng)度螺釘允許最大扭矩M53.44.8M65.88.3M81420四、如何安裝直線電機(jī) 由于直線電機(jī)拆裝較困難，為保證無雜質(zhì)，安裝前將零件清洗干凈。為保證螺釘安裝時不蹩進(jìn)，將螺釘孔進(jìn)行校正。由于初、次級部構(gòu)芯氣槽尺寸直接影響初、次級部構(gòu)芯吸引力和進(jìn)給力，為不減弱直線電機(jī)功能，保證初、次級部構(gòu)芯安裝后之間的槽隙為0.8mm，安裝前對各零件

10、尺寸鏈進(jìn)行校正。為保證直線電機(jī)安裝精度，安裝直線電機(jī)前先將滑板與床鞍進(jìn)行預(yù)裝，調(diào)整好精度后，再將滑板拆下，分別安裝初、次級部構(gòu)芯。1.次級部構(gòu)芯的裝配a. 用螺釘把次級部構(gòu)芯固定到床鞍上，將組合分配器軸向放在冷卻型材的插頭上，將組合分配器螺釘擰上，為防止冷卻型材扭曲變形，不要擰緊螺釘。安裝另一端組合分配器，擰緊螺釘。檢查次級部構(gòu)芯冷卻系統(tǒng)是否漏油。試漏時采用好冷卻介質(zhì),避免在直線電機(jī)構(gòu)件上形成冷凝水、濕氣。b. 安裝次級部構(gòu)芯。每塊次級部構(gòu)芯緊固后，用防磁板蓋上，然后再安裝另一塊次級部構(gòu)芯，避免因磁力造成的傷害。次級部構(gòu)芯共由四塊串聯(lián)在一起，裝配時必須保證貼在次級部構(gòu)芯支持板上的標(biāo)示字母“N（

11、北極）”都要對著相同的方向。c. 安裝將次級部構(gòu)芯磁性蓋板。安裝時先將次級部構(gòu)芯磁性蓋板一端固定在次級部構(gòu)芯端塊上，另一端與最后一塊次級部構(gòu)芯的外邊沿大約45º角從上部定位，抽出隔磁蓋板，然后將次級部構(gòu)芯磁性蓋板降下來與次級部構(gòu)芯對準(zhǔn)。當(dāng)下降時，磁性力能被感覺到蓋板馬上被釋放，然后“喀嚓”一聲進(jìn)入正確位置。檢查一下蓋板裝的位置是否正確，然后將次級部構(gòu)芯磁性蓋板另一端固定在另一塊次級部構(gòu)芯端塊上。2. 初級部構(gòu)芯的安裝a. 將初級部構(gòu)芯精密冷卻裝置、初級部構(gòu)芯安裝在滑板。b. 將拆卸/安裝裝置固定在滑板兩側(cè)，保證拆卸/安裝裝置在最大極限位置。c. 將隔墊放在次級部構(gòu)芯上，在將滑板放在床

12、鞍上，保證拆卸/安裝裝置與床鞍接觸可靠，慢慢松動螺釘，使滑板慢慢與床鞍導(dǎo)軌塊接觸，保證螺紋孔對正，用高強(qiáng)度螺釘將滑板緊固在導(dǎo)軌塊上。d. 不能把次級部構(gòu)芯直接放到次級部構(gòu)芯上。e. 次級部構(gòu)芯已被裝好在直線導(dǎo)軌上之后，要防止由于磁力作用在移動方向上移動。五、裝配運(yùn)車試驗(yàn)a. 檢查直線電機(jī)各冷卻、液壓接頭是否連接好，電線連接是否正確，各保護(hù)開關(guān)安裝是否可靠。b. 直線電機(jī)進(jìn)行耐壓、絕緣試驗(yàn)。c. 接通冷卻液和液壓油，手動移動滑板，移動要均勻，摩擦要小，不允許有卡住現(xiàn)象，確保在整個行程上都能移動平滑。當(dāng)手動移動滑板時，均勻有節(jié)奏的力的波動因電機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，這并不表明電機(jī)裝配或者安裝不正確。d. 電機(jī)通電后，先在低速下運(yùn)行，待運(yùn)行無誤后，在逐漸升高速度。不能用機(jī)床的冷卻液或潤滑劑來冷卻直線電機(jī)。冷卻介質(zhì)可采用水加防腐劑或低粘度油。e.介質(zhì)必須是清潔、過濾過的，最大允許顆粒為100m。f.任何環(huán)境下，都要防止在直線電機(jī)構(gòu)件上形成冷凝水濕氣，要選擇好冷卻介質(zhì)流進(jìn)溫度，一般選擇最大流進(jìn)溫度在環(huán)境溫度以下3。如果電機(jī)的連續(xù)進(jìn)給力用到100%，那么流進(jìn)溫度應(yīng)最大限制在35。g.次級部構(gòu)芯的最高溫度不能超過60，否則