直线电机在超精密加工中的应用

作者:   发布时间:2013/10/26 10:14:57   浏览次数:439

超精密加工是制造业中的前沿科学，在工作尤其是国防工业中起着举足轻重的作用，巡航导弹的惯性制导装置陀螺仪，雷达的关键器件波导管，卫星仪表上的精密轴承、大型集成电路等无不涉及到超精加工。在超精机床中，为进行机床加工误差的在线补偿，以提高加工的形状精度；为进行某些特殊的非轴对称表面的加工，都需要微量进给装置，高精度微量进给装置现已成为超精机床的重要关键装置。

目前，台湾上银（HIWIN）直线电机在精密微进给装置中有着广泛的应用，其原理就是利用电致伸缩效应。电致伸缩效应的变形量和电场强度的平方成正比。它能实现高刚度的无间隙位移；分辨力可达1.0~2.5nm；且变形系数大；有很高频率，其响应时间达100μs。为增大行程，一般电机都是由多片晶体串叠在一起粘合使用，尺蠖式压电陶瓷电机则是通过三个单独控制的管状陶瓷压电器件组成，其中A、B作径向伸缩，以便夹紧和松开电机轴，而器件C作轴向伸缩，使电机轴产生轴向位移，实现步进直线运动。

美国LLL国家实验室的DTM-3大型金刚石车床和LODTM大型光学金刚石车床、英国Cranfieid公司的OAGM2500大型精密机床都已采用了电致伸缩式微量进给装置。

超声波电动机（USM）是国内外日益受到重视的一种新型直接驱动电机，广义地说也是一种压电陶瓷电动机，它利用压电陶瓷的逆压电效应，将材料的微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或者滑块的宏观运动，压电陶瓷在适当的电压作用下可以形成单一方向的运动的行波。转子以适当的压力作用于弹性体表面上，则将在质点摩擦力的驱动下产生运动。改变行波方向，则转子反向。

在超精密加工中，为了要加工出形状精度高的非球曲面，要求超精机床的进给驱动系统有很高的分辨力，达到每脉冲移动量为0.01μm，国外已有几家著名大公司拥有该产品，但对我国禁运。目前国内国防科技大学、哈尔滨工业大学、清华大学等正开展此方面的研究。超声波电动机具有小型轻量、响应速度快、无电磁干扰以及低速大转矩等特点，行程在10cm范围内可取代传统的电磁电机。带有反馈闭环控制的步进驱动超声电动机，其步进分辨率约0.01μm，有望代替机械式摩擦驱动方式。日本东京大学研制的声表面波式直线USM，步进分辨力高达5nm。 2.3 在异形截面加工领域中的应用

采用直线电机的直线运动，运动机构由于具有响应快、精度高的特点，已成功地用于异型截面工件（汽车发动机活塞、波瓣形轴承外环滚道、活塞环及凸轮等）的计算机控制的精密车削和磨削加工。与传统的采用“靠模”加工异型内外圆轮廓的方法相比，具有编程修改灵活、加工精度高的特点，十分适合多品种、小批量产品的加工。