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滾柱導(dǎo)軌決定直線電機(jī)的質(zhì)量
來(lái)源:
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作者:紅光滾柱
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發(fā)布時(shí)間: 2012-01-05
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所使用的滾柱導(dǎo)軌也會(huì)和別的因素一起對(duì)直線電動(dòng)機(jī)的性能和質(zhì)量起著共同的決定性作用。Etel公司在研制線性驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)碰到的一項(xiàng)挑戰(zhàn)就是要制造這樣一種導(dǎo)向裝置，使驅(qū)動(dòng)裝置的磁性軌道要直接整合到導(dǎo)軌的型材中往。因此，他和Franke 公司一起研制了線性驅(qū)動(dòng)裝置。
直線電機(jī)在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越多地取代帶有易磨損機(jī)械傳動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)裝置。它們可以提供很高的速度和加速度、很好的調(diào)節(jié)精度并精確的定位。直線電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于，所供給的電能可直接轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，完全不需要任何用于轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換機(jī)械的中間元件。
直線電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括醫(yī)療技術(shù)、光學(xué)、電子、紡織產(chǎn)業(yè)、機(jī)械制造、裝卸輸送及包裝產(chǎn)業(yè)等等。例如，電子結(jié)構(gòu)元件的制造和加工的工藝過(guò)程的要求非常高：尺寸為1mm× 0.5mm的電子元件必須以非常高的精度與插裝的安全性進(jìn)行定位。電子產(chǎn)業(yè)中插裝自動(dòng)裝置的操縱周期時(shí)間經(jīng)常小于0.5s，驅(qū)動(dòng)裝置必須達(dá)到5μm的定位精度同時(shí)達(dá)到很高的加速度值。
對(duì)機(jī)械的要求特別高
這種使用直線電機(jī)可以達(dá)到的加速度又對(duì)直線導(dǎo)軌的機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了很高的要求（圖1）。直線電機(jī)在操縱中會(huì)產(chǎn)生很高的持久性的軸向力。導(dǎo)向裝置必須吸收所出現(xiàn)的3000N的力。因此在高動(dòng)態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)用中（pick-and place）要求要有重量輕、剛性高并且堅(jiān)固的機(jī)械導(dǎo)向裝置。
此外，還要求直線電機(jī)具有很長(zhǎng)的使用壽命。要求直線導(dǎo)軌要能運(yùn)行20000km以上。不答應(yīng)由于更換部件或再校準(zhǔn)造成停工而發(fā)生昂貴的維修和修理用度的情況出現(xiàn)。導(dǎo)向系統(tǒng)必須在整個(gè)使用壽命期間減少維修或不需維修并且清潔地運(yùn)行。在操縱期間，由于高溫順高動(dòng)態(tài)的原因，不能答應(yīng)潤(rùn)滑劑和任何雜質(zhì)有溢出的現(xiàn)象出現(xiàn)。在長(zhǎng)壽命和維修周期之間必須有最佳的協(xié)調(diào)和配合。
直接驅(qū)動(dòng)的線性系統(tǒng)的機(jī)械效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。在直線電機(jī)系統(tǒng)中，惟一必須的機(jī)械部件是直線導(dǎo)軌。因此導(dǎo)向裝置要移動(dòng)部分的質(zhì)量應(yīng)保持盡可能小。另外要求直線導(dǎo)軌的質(zhì)量要小的原因在于，所移動(dòng)的質(zhì)量對(duì)直線電機(jī)的調(diào)節(jié)會(huì)產(chǎn)生直接的影響。
對(duì)直線導(dǎo)軌的要求是：定位精度高、不需維修、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行噪聲低、導(dǎo)軌質(zhì)量小、加速度和速度高等等。此外，其經(jīng)濟(jì)性也要好。Etel公司為了研制出滿(mǎn)足這些條件的線性驅(qū)動(dòng)裝置，必須要找到一種適合的導(dǎo)軌。在此項(xiàng)工作中所面臨的挑戰(zhàn)是：驅(qū)動(dòng)裝置的磁性軌道要直接整合到導(dǎo)軌的型材中往。
為用戶(hù)定制的鋁滾柱導(dǎo)軌
Franke公司為了滿(mǎn)足這些要求而研制出了為用戶(hù)定制的鋁滾柱導(dǎo)軌。鋁滾柱導(dǎo)軌有各種規(guī)格型號(hào)供給，為了上述的應(yīng)用選擇了為用戶(hù)定制的鋁型材的FEH系列的型號(hào)。使用了特種的型材和特種滾柱導(dǎo)向板，它們具有為此項(xiàng)應(yīng)用而調(diào)整的導(dǎo)軌外形輪廓。直線電機(jī)的磁性軌道和丈量系統(tǒng)整合到了直線導(dǎo)軌的鋁型材中。
設(shè)計(jì)承載系數(shù)很高的滾柱在滾柱導(dǎo)向板中呈90°角錯(cuò)位安放，以四點(diǎn)的幾何外形進(jìn)行支撐。因此，可以從所有方向吸收同樣大小的力，也包括直線電機(jī)的很高的軸向力。設(shè)計(jì)尺寸較大的滾柱可以有較快的起動(dòng)反應(yīng)速度，安全和均勻地導(dǎo)向。對(duì)于高動(dòng)態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)用（pick-and place），特種導(dǎo)軌（圖2）由于其定義的精確運(yùn)行實(shí)現(xiàn)所需要的重復(fù)精度。
鋁滾柱導(dǎo)軌進(jìn)行了整個(gè)壽命期間的潤(rùn)滑，不需再進(jìn)行補(bǔ)充潤(rùn)滑，可以滿(mǎn)足不需維修的條件。帶外罩的滾柱可以防止?jié)櫥瑒┑奈廴?。?jù)制造商介紹，整個(gè)系統(tǒng)終身不需維修。直線導(dǎo)軌在承載情況下速度可達(dá)10m/s，加速度可達(dá) 40m/s2。
產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)很大一部分是線性運(yùn)動(dòng)。一些材料需要從一臺(tái)機(jī)器輸送到另一臺(tái)機(jī)器，零部件需要在一臺(tái)機(jī)器或裝置內(nèi)部的各個(gè)加工工位之間往返運(yùn)動(dòng)。一些元件和粘結(jié)劑需要裝上或涂敷上，包裝袋要填充物料及封口。使用直線電機(jī)可以給設(shè)計(jì)師們提供解決這些工作任務(wù)的完整方案。根據(jù)分析猜測(cè)，歐洲的直線電機(jī)市場(chǎng)將會(huì)從2001年的4700萬(wàn)歐元增長(zhǎng)到2008年的1.04億歐元，其中德國(guó)占有大部分市場(chǎng)份額。
直線電機(jī)在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越多地取代帶有易磨損機(jī)械傳動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)裝置。它們可以提供很高的速度和加速度、很好的調(diào)節(jié)精度并精確的定位。直線電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于，所供給的電能可直接轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，完全不需要任何用于轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換機(jī)械的中間元件。
直線電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括醫(yī)療技術(shù)、光學(xué)、電子、紡織產(chǎn)業(yè)、機(jī)械制造、裝卸輸送及包裝產(chǎn)業(yè)等等。例如，電子結(jié)構(gòu)元件的制造和加工的工藝過(guò)程的要求非常高：尺寸為1mm× 0.5mm的電子元件必須以非常高的精度與插裝的安全性進(jìn)行定位。電子產(chǎn)業(yè)中插裝自動(dòng)裝置的操縱周期時(shí)間經(jīng)常小于0.5s，驅(qū)動(dòng)裝置必須達(dá)到5μm的定位精度同時(shí)達(dá)到很高的加速度值。
對(duì)機(jī)械的要求特別高
這種使用直線電機(jī)可以達(dá)到的加速度又對(duì)直線導(dǎo)軌的機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了很高的要求（圖1）。直線電機(jī)在操縱中會(huì)產(chǎn)生很高的持久性的軸向力。導(dǎo)向裝置必須吸收所出現(xiàn)的3000N的力。因此在高動(dòng)態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)用中（pick-and place）要求要有重量輕、剛性高并且堅(jiān)固的機(jī)械導(dǎo)向裝置。
此外，還要求直線電機(jī)具有很長(zhǎng)的使用壽命。要求直線導(dǎo)軌要能運(yùn)行20000km以上。不答應(yīng)由于更換部件或再校準(zhǔn)造成停工而發(fā)生昂貴的維修和修理用度的情況出現(xiàn)。導(dǎo)向系統(tǒng)必須在整個(gè)使用壽命期間減少維修或不需維修并且清潔地運(yùn)行。在操縱期間，由于高溫順高動(dòng)態(tài)的原因，不能答應(yīng)潤(rùn)滑劑和任何雜質(zhì)有溢出的現(xiàn)象出現(xiàn)。在長(zhǎng)壽命和維修周期之間必須有最佳的協(xié)調(diào)和配合。
直接驅(qū)動(dòng)的線性系統(tǒng)的機(jī)械效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。在直線電機(jī)系統(tǒng)中，惟一必須的機(jī)械部件是直線導(dǎo)軌。因此導(dǎo)向裝置要移動(dòng)部分的質(zhì)量應(yīng)保持盡可能小。另外要求直線導(dǎo)軌的質(zhì)量要小的原因在于，所移動(dòng)的質(zhì)量對(duì)直線電機(jī)的調(diào)節(jié)會(huì)產(chǎn)生直接的影響。
對(duì)直線導(dǎo)軌的要求是：定位精度高、不需維修、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行噪聲低、導(dǎo)軌質(zhì)量小、加速度和速度高等等。此外，其經(jīng)濟(jì)性也要好。Etel公司為了研制出滿(mǎn)足這些條件的線性驅(qū)動(dòng)裝置，必須要找到一種適合的導(dǎo)軌。在此項(xiàng)工作中所面臨的挑戰(zhàn)是：驅(qū)動(dòng)裝置的磁性軌道要直接整合到導(dǎo)軌的型材中往。
為用戶(hù)定制的鋁滾柱導(dǎo)軌
Franke公司為了滿(mǎn)足這些要求而研制出了為用戶(hù)定制的鋁滾柱導(dǎo)軌。鋁滾柱導(dǎo)軌有各種規(guī)格型號(hào)供給，為了上述的應(yīng)用選擇了為用戶(hù)定制的鋁型材的FEH系列的型號(hào)。使用了特種的型材和特種滾柱導(dǎo)向板，它們具有為此項(xiàng)應(yīng)用而調(diào)整的導(dǎo)軌外形輪廓。直線電機(jī)的磁性軌道和丈量系統(tǒng)整合到了直線導(dǎo)軌的鋁型材中。
設(shè)計(jì)承載系數(shù)很高的滾柱在滾柱導(dǎo)向板中呈90°角錯(cuò)位安放，以四點(diǎn)的幾何外形進(jìn)行支撐。因此，可以從所有方向吸收同樣大小的力，也包括直線電機(jī)的很高的軸向力。設(shè)計(jì)尺寸較大的滾柱可以有較快的起動(dòng)反應(yīng)速度，安全和均勻地導(dǎo)向。對(duì)于高動(dòng)態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)用（pick-and place），特種導(dǎo)軌（圖2）由于其定義的精確運(yùn)行實(shí)現(xiàn)所需要的重復(fù)精度。
鋁滾柱導(dǎo)軌進(jìn)行了整個(gè)壽命期間的潤(rùn)滑，不需再進(jìn)行補(bǔ)充潤(rùn)滑，可以滿(mǎn)足不需維修的條件。帶外罩的滾柱可以防止?jié)櫥瑒┑奈廴?。?jù)制造商介紹，整個(gè)系統(tǒng)終身不需維修。直線導(dǎo)軌在承載情況下速度可達(dá)10m/s，加速度可達(dá) 40m/s2。
產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)很大一部分是線性運(yùn)動(dòng)。一些材料需要從一臺(tái)機(jī)器輸送到另一臺(tái)機(jī)器，零部件需要在一臺(tái)機(jī)器或裝置內(nèi)部的各個(gè)加工工位之間往返運(yùn)動(dòng)。一些元件和粘結(jié)劑需要裝上或涂敷上，包裝袋要填充物料及封口。使用直線電機(jī)可以給設(shè)計(jì)師們提供解決這些工作任務(wù)的完整方案。根據(jù)分析猜測(cè)，歐洲的直線電機(jī)市場(chǎng)將會(huì)從2001年的4700萬(wàn)歐元增長(zhǎng)到2008年的1.04億歐元，其中德國(guó)占有大部分市場(chǎng)份額。
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