卧式螺旋桨五轴联动数控加工中心结构设计与加工仿真(4)

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高速数控机床主传动系统取消了带传动和齿轮传动，机床主轴由内装式电主轴直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，真正的实现了机床的“零传动”。

电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点，而且转速高、功率大，简化机床设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中的一种理想结构。电主轴轴承采用高速轴承技术，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍。

（2）直线电机

直线电动机与普通旋转电动机都是实现能量转换的机械，普通旋转电动机将电能转换成旋转运动的机械能，直线电动机将电能转换成直线运动的机械能。直线电动机应用于要求直线运动的某些场合时，可以简化中间传动机构，使运动系统的响应速度、稳定性、精度得以提高。直线电动机在工业、交通运输等行业中的应用日益广泛。直线电机具有以下特点：

①速度快、加减速过程短。直线电机直接驱动进给部件，取消了中间机械传动元件，无旋转运动和离心力的作用，可容易的实现高速直线运动。目前，其最大进给速度可达80-180m/min。同时“零传动”的高速响应性使其加速过程大大缩短，从而实现启动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间达到准停，其加速度最高可达10g。

②精度高。取消了丝杠等机械传动机构，减少插补时因传动系统滞后带来的跟踪误差。利用光栅作为工作台的位置测量元件，并采用闭环控制，通过反馈对工作台的位移进行精确控制，定位精度可达0.1-0.01μm。

③传动刚度高，运行平稳。不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，“零传动”提高了其传动刚度。结构简单，不需要将旋转运动转换成直线运动，因而不受齿轮、螺纹、连杆、带等构件的影响。

④高速响应性。在系统中取消了一些响应时间较长的机械传动件，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高。

⑤直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，可在有毒气体、核辐射和液态物质中使用。

⑥散热性能好，温升低。额定值高，电流密度可以取得较高，对启动的限制小。

⑦行程长度不受限制。在导轨上通过串联直线电动机的定子，可无限延长动子的行程。行程长度对整个系统的刚度不会有任何影响。

⑧运行时效率高、噪声低。

（3）滚珠丝杠

相比较而言，滚珠丝杠的性能没有直线电机的性能高，但是在某些机构上它同样能够满足传动的精度刚度要求，而且价格要比直线电机便宜的多。具有减少传动环节、结构紧凑等一系列优点。采用滚珠丝杠可以大大简化数控机床的结构。

（4）力矩电机

力矩电机的主要特点是具有软的机械特性,可以堵转。当负载转矩增大时能自动降低转速,同时加大输出转矩。当负载转矩为一定值时改变电机端电压便可调速。但转速的调整率不好。因而在电机轴上加一测速装置,配上控制器。利用测速装置输出的电压和控制器给定的电压相比,来自动调节电机的端电压，使电机稳定[12]。

力矩电机具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点，可直接驱动负载省去减速传动齿轮，从而提高了系统的运行精度。为取得不同性能指标，该电机有小气隙、中气隙、大气隙三种不同结构形式，小气隙结构，可以满足一般使用精度要求，优点是成本较低；大气隙结构，由于气隙增大，消除了齿槽效应，减小了力矩波动，基本消除了磁阻的非线性变化，电机线性度更好，电磁气隙加大，电枢电感小，电气时间常数小，但是制造成本偏高；中气隙结构，其性能指标略低于大气隙结构电机，但远高于小气隙结构电机，而体积小于大气隙结构电机，制造成本低于大气隙结构电机[12]。