永磁直線同步電機驅動的開放式數控工作臺設計

【摘 要】在本文通過介紹交流永磁直線同步電機與開放式數控系統(tǒng)的主要特點進行研究，最終以工業(yè)PC作為上位機，在該裝備的使用中，看主要利用的是PMAC運動控制卡和Copley伺服電機驅動器的使用功能，在該設備的使用中能夠同時控制兩臺直線電機，最終實現(xiàn)了工作臺上X/Y方向的聯(lián)合運動，在這種開放式數控工作臺中，根據設計工作臺的機械結構，對主要的技術問題提出了解決的方法。

【關鍵詞】永磁直線 同步電機驅動 開放式 數控工作臺

在使用高性能直線電機工作中，該設備的在使用的過程中能夠被廣泛的應用，交流永磁直線同步電機中具有高速度、加速度以及高定位的精度，在這種系統(tǒng)中能夠加強電機進行直接帶動負載運動，這種系統(tǒng)直接的省去了中間的傳動環(huán)節(jié)，并且永磁直線同步電機驅動的開放式數控工作在工作原理中簡化了機床的機構，提高了機床的動態(tài)和靜態(tài)鋼構的使用情況。，在國內外機床工作臺中已經開始廣泛的推廣。

一、開放式數控工作臺

在開放式數控工作臺中，主要是以交流永磁直線同步電動機作為典型設備，在系統(tǒng)的工作中進行直接的驅動方式來取代了絲杠螺母副傳動，在開放式數控工作臺中可以將封閉式數控系統(tǒng)逐漸的向開放式數控系統(tǒng)進行發(fā)展，最終形成了高精度、高速的數控機床發(fā)展模式。

二、開放式數控工作臺的總體設計方案

在開放式數控工作臺中，其設計的方案主要的包括設計采用工控機、運動控制卡、電機驅動器、直線電機的控制方案，在這些元件中將光柵尺作為反饋和換向元件，這種開放式的數控工作臺最終將位置、速度與電流進行聯(lián)環(huán)控制，在運動中這種開放式的工作臺具有可靠性、運動精度高的特點，該設備主要應用的是TurboPMAC Clipper運動控制卡，該運動控卡中采用的80MHZ MotorlaDSP56303數字信號處理器作為主控芯片，它能夠同時控制4個軸進行直線運動，并且在軸道的接口處，促使一個包含有10Kv的模擬量以及脈沖能夠將數字量進行直接的輸出，在數據的輸出中可以采用編碼器來及時的傳輸標志信號，將這些數字在PID的模式下進行反饋波以及加速度等進行直線的控制，在參數的計算中最終形成了將直線、圓弧以及點對點進行插補，在具體的算法中能夠采用通信RS-232串口以及太網接口實現(xiàn)對通信的上位機的完成裝置，其主要的工作原理如圖1所示：

該總體設計原理中，主要采用的是CopleyXSL230-40驅動器，能夠將交流100-240VAC進行開放式數控工作臺的正常供電該，在峰值得電流中達到了40A，并且配置有脈沖、10Kv模擬量、PWM＼ASCII指令，在工作臺中由主編碼器等多種控制的接口，其設計的原理最終在A/B正交編碼器、旋轉變壓器或者是模擬編碼器的使用中來及時的反饋信號，這種開放式的工作臺設計能夠在位置、速度、力矩中進行多種方式的控制。在總體工作臺中能夠將LMCF-M5系列的交流永磁同步直線電機連續(xù)進行推力和峰值推力，最終滿足了工作臺的設計和使用要求。

三、直線電機的驅動控制原理

在開放式數控工作臺的設計中，將工控機作為上位機向PMAC控制器發(fā)出指令，然后進行分析處理后，向XSL230-40驅動器發(fā)出脈沖位置信號中，在信號的發(fā)出中將脈沖位置作為控制信號來促進驅動直線電機帶動工作臺的移動，在隨著光柵尺將電機移動的位移中最終轉化為數字脈沖信號輸入給驅動器完成換向操作，在整個控制的過程中通過光電隔離反饋給運動控制卡，最終組成了位置全閉環(huán)系統(tǒng)，電機驅動器在自帶軟件輸入電機的類型和參數，來控制工作臺中規(guī)定電流、速度、以及限制速度，為電機的正常運動提供了安全的運行環(huán)境。

四、 電機工作臺機械結構的設計結構

在使用永磁直線同步電機工作中將定子和動子之間產生的強大電磁推力來向驅動工作臺進行直線運動，這就大大的簡化的運行的結構，省略了中間的環(huán)節(jié)，在安裝的過程中，機床采用的是平板型直線電機的安裝結構，如圖2所示：

直線安裝結構是將螺釘在電機的定子安裝在工作臺的底板上，并且要保持電機動子吊裝與滑板的下方與定子具有一定的相對距離，促使數控工作臺能夠承受的載重并且可以直接的向直線滾動導軌承受。因此在這種工作臺中經常采用的是水平布局的方式來具體工作的。

五、系統(tǒng)設計軟件

在數控工作臺中，將永磁直線同步電機驅動的開放式設備進行設計，在使用中促進了數控系統(tǒng)的開放性和可擴展性，該軟件在設計中是將模塊化的工程思想，根據實時控制和非實時控制來具體進行的，最終將人機接口、通訊接口、參數輸入、數據處理以及人機界面進行處理，最終實現(xiàn)了人機界面的交流，提高了控制的效率。

六、總結

通過研究永磁直線同步電機以及在數控車床中的應用后，將直線開放式數控工作臺的設計作為直接驅動數控產品開發(fā)的重點，在設備的改進先進技術的應用中，開始對直線電機的控制算法以及機床的結構進行詳細的設計，提高了永磁直線同步電機驅動的開放式數控工作臺設計。

參考文獻：

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[2]劉一民，左建軍，呂洪波.直線電動機應用于高速加工的關鍵技術[J].現(xiàn)代制造工程，2012（38）.

作者簡介：

喬琳，1983年11月，女，云南玉溪，碩士在讀，講師，機械電子，云南經貿外事職業(yè)學院，云南省昆明市.