薛建設(shè)

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,710014）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，直線電機(jī)經(jīng)過(guò)了探索實(shí)驗(yàn)、開(kāi)發(fā)使用以及使用商品化三個(gè)階段，逐漸向高速化、智能化、精密化方向發(fā)展。生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步使得傳統(tǒng)的小功率已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)加工要求，逐漸向精密、高速、小噪音、低磨損等方向發(fā)展。電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，直線電機(jī)、電主軸、力矩電機(jī)不斷成熟，主線、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的“直接運(yùn)動(dòng)”逐漸優(yōu)越?；谥本€電機(jī)應(yīng)用的數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，讓機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了很大的變化，機(jī)床性能得到了很大的改善。

1 直線電機(jī)

1.1 直線電機(jī)特點(diǎn)

1.1.1 進(jìn)給范圍大。傳統(tǒng)機(jī)床的快進(jìn)速度一般都小于20到30米每分鐘，加工中心快進(jìn)速度可以達(dá)到208m/min，現(xiàn)在的直線電機(jī)速度可以達(dá)到1mm-20m/min以上。

1.1.2 速度特性良好。加速度大，速度偏差一般在0.01%之下，最大加速度可以達(dá)到30g，相比轉(zhuǎn)度加速度一般在0.3g左右，當(dāng)下激光加速度已經(jīng)在5g以上。

1.1.3 定位精度良好。時(shí)下直線電機(jī)主要采用光柵閉環(huán)進(jìn)行控制，定位精度一般在0.1到0.01mm或者以上，減少了200倍左右的跟蹤誤差。它具有動(dòng)態(tài)特性良好，反映靈敏，精細(xì)的插補(bǔ)控制，從而實(shí)現(xiàn)了nm級(jí)控制。

1.1.4 行程運(yùn)行良好，不受限制。傳統(tǒng)絲杠一般采用4到6m或者更長(zhǎng)的長(zhǎng)絲杠，從性能和制造工藝上都不同程度的受到了限制。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有制造工藝簡(jiǎn)單，可以無(wú)限加長(zhǎng)定子，并且工藝簡(jiǎn)單，大型高速X軸可以長(zhǎng)達(dá)40m以上。同時(shí)，它還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、部件摩擦小、損耗低、安全可靠等特點(diǎn)。

1.2 直線電機(jī)工作原理

直線電機(jī)是一種直接將電能轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)機(jī)能，不需要中間轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，它相當(dāng)于一臺(tái)徑向剖開(kāi)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)（如圖一）。根據(jù)定子轉(zhuǎn)變成初級(jí)，再由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換成次級(jí)。在實(shí)際機(jī)器運(yùn)用中，次級(jí)和初級(jí)應(yīng)該造成不同的長(zhǎng)度，讓次級(jí)和初級(jí)的耦合始終保持不變。在實(shí)際直線電機(jī)生產(chǎn)中，直線電機(jī)可以隨意是初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)和次級(jí)長(zhǎng)次數(shù)，根據(jù)運(yùn)行費(fèi)用以及制造成本，目前我國(guó)基本采用的是短初級(jí)長(zhǎng)次數(shù)。

圖一、直線電機(jī)轉(zhuǎn)變過(guò)程

直線電機(jī)工作原理和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)相像。例如：以直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為例，當(dāng)初級(jí)繞組進(jìn)入相應(yīng)的交流電源時(shí)，氣息中就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)的切割下，就感應(yīng)產(chǎn)生的電流和氣隙中的磁場(chǎng)互相作用產(chǎn)生相應(yīng)的電磁推力。初級(jí)固定，次級(jí)則做直線運(yùn)動(dòng)；同理，相反時(shí)，初級(jí)做相應(yīng)的直線運(yùn)動(dòng)。

1.3 直線電機(jī)應(yīng)用和基本結(jié)構(gòu)

1.3.1 直線電機(jī)應(yīng)用

隨著直線電機(jī)的發(fā)展，直線電機(jī)主要用于：自動(dòng)控制系統(tǒng)、長(zhǎng)期運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及短時(shí)間短距離的直線運(yùn)動(dòng)裝置。在軍事中，直線電機(jī)可以作為各種電磁炮或者火箭、導(dǎo)彈發(fā)射的材料；在交通運(yùn)輸中，直線電機(jī)一般被作為時(shí)速500km以上的磁懸浮列車；工業(yè)中，可以作為生產(chǎn)運(yùn)輸以及各種機(jī)械設(shè)備；在精密儀器制作以及民用裝置中，由于良好的性能和操作界面，讓它具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

1.3.2 直線電機(jī)基本結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段，建筑行業(yè)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制下已經(jīng)取得了較為顯著的成就。然而，在諸多因素的影響下，部分地區(qū)政府投資項(xiàng)目工程造價(jià)結(jié)算設(shè)計(jì)工作仍存在一些不足之處。針對(duì)此現(xiàn)象，本文在研究中通過(guò)對(duì)工程造價(jià)結(jié)算工作中問(wèn)題的分析，從規(guī)范結(jié)算審計(jì)、提高監(jiān)督水平、加強(qiáng)對(duì)結(jié)算審計(jì)人員的綜合培養(yǎng)、規(guī)范項(xiàng)目立項(xiàng)報(bào)批程序和審核流程等方面，重點(diǎn)研究解決工程造價(jià)結(jié)算設(shè)計(jì)工作問(wèn)題的措施。在日后政府投資項(xiàng)目工程造價(jià)結(jié)算工作中，工作人員要始終從國(guó)家法定和規(guī)范程序，以嚴(yán)格的態(tài)度對(duì)待政府投資項(xiàng)目工程造價(jià)結(jié)算審計(jì)問(wèn)題。希望本文的研究可以為提升政府投資項(xiàng)目工程造價(jià)結(jié)算水平提供寶貴的建議。

扁平型結(jié)構(gòu)（如圖二），它是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)結(jié)構(gòu)上的演變，將旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行徑向剖開(kāi)，從而在電機(jī)四周形成直線。

圓筒型結(jié)構(gòu)以及弧型、盤型結(jié)構(gòu)。圓筒型結(jié)構(gòu)主要是將扁平的直線電機(jī)通過(guò)直線運(yùn)動(dòng)和垂直方向卷曲形成?；⌒褪窃诒馄叫椭本€電機(jī)的初級(jí)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向，從而轉(zhuǎn)換成弧型，一般在圓形次級(jí)的外側(cè)。盤型結(jié)構(gòu)則是將具體次級(jí)轉(zhuǎn)換成圓盤，將初級(jí)以及次級(jí)圓盤外側(cè)平面，從而進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)。

圖二、扁平型結(jié)構(gòu)

2 直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)以及應(yīng)用

2.1 直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)

隨著科研力度的加大，直線電機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)突破了單一性能量好的直線電機(jī)，逐漸發(fā)展成了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)都安全可靠的控制系統(tǒng)。新形勢(shì)下，隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代的發(fā)展，直線電機(jī)控制逐漸向信息化、智能化方向發(fā)展?，F(xiàn)在我國(guó)直線電機(jī)控制技術(shù)主要體現(xiàn)在：傳統(tǒng)的控制技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)以及智能控制技術(shù)。

2.1.1 傳統(tǒng)控制技術(shù)

傳統(tǒng)控制技術(shù)中的解耦控制、PID反饋等在交流伺服系統(tǒng)都得到了廣泛的應(yīng)用。PID控制能良好的控制機(jī)器運(yùn)行的全過(guò)程（過(guò)去、現(xiàn)在、未來(lái)）信息，具有極好的魯棒性和配置，是伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基本的控制形式。隨著生產(chǎn)要求的加大，進(jìn)一步提高控制技術(shù)，逐漸采用矢量和解耦控制技術(shù)。

2.1.2 現(xiàn)代控制技術(shù)

現(xiàn)代控制技術(shù)是在運(yùn)行環(huán)境、操作條件、對(duì)象模型等確定不變的情況下，在傳統(tǒng)控制技術(shù)進(jìn)行的參數(shù)和結(jié)構(gòu)變化，適應(yīng)微進(jìn)給高精度性能場(chǎng)合。從而，當(dāng)環(huán)境受到干擾，各種非線性受到影響時(shí)，得到相應(yīng)的控制處理。因此，現(xiàn)代控制技術(shù)逐漸發(fā)展和重視，通常用的控制方法有：滑模變結(jié)構(gòu)控制、自適應(yīng)控制以及智能控制和魯棒控制等。

2.1.3 智能控制技術(shù)

2.2 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用

2.2.1 活塞車削數(shù)控系統(tǒng)

在直線電機(jī)控制系統(tǒng)中，我國(guó)一般采用的是原旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方式，從而減少拖板間轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)節(jié)，將機(jī)床進(jìn)給轉(zhuǎn)動(dòng)鏈長(zhǎng)度轉(zhuǎn)變?yōu)榱?，從而形成性能指?biāo)良好的“零轉(zhuǎn)動(dòng)”轉(zhuǎn)動(dòng)方式。

“零轉(zhuǎn)動(dòng)”具有高速響應(yīng)和精度高的特點(diǎn)。在直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中，它直接取消了相應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)件，提高了閉環(huán)控制系統(tǒng)的響應(yīng)性能和靈敏度。精度高主要體現(xiàn)在取消機(jī)械機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的誤差和間隙時(shí)，減少了因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)緩慢帶來(lái)的跟蹤誤差，通過(guò)相應(yīng)的直線位置檢測(cè)以及反饋控制，從而增強(qiáng)機(jī)床的定位精度。

磨削加工和CNC車削運(yùn)用了直線電機(jī)精度高、響應(yīng)快的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)產(chǎn)另極大的截面零件，國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究中心開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的高頻數(shù)控進(jìn)給單元。當(dāng)活塞機(jī)床運(yùn)作時(shí)，相應(yīng)工作臺(tái)尺寸為320mm*600mm時(shí)，相應(yīng)的行程變化為100mm，推力達(dá)到160N，速度達(dá)到13g。根據(jù)工作臺(tái)和直線電機(jī)固定的特點(diǎn)，采用相應(yīng)的閉環(huán)控制（如圖三所示）。根據(jù)雙閉環(huán)系統(tǒng)，運(yùn)用高精度的管柵尺作為檢測(cè)元件，對(duì)位置進(jìn)行仔細(xì)檢查，從系統(tǒng)機(jī)械誤差以及反饋獲得相應(yīng)精度。

圖三、直線電機(jī)控制器原理框圖

2.2.2 開(kāi)放式直線電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

圖四、開(kāi)放式直線電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)原理圖

開(kāi)放式直線電機(jī)控制系統(tǒng)主要采用開(kāi)放式的可編程運(yùn)動(dòng)控制器和PC機(jī)組成數(shù)控系統(tǒng)，以常用的Windows操作系統(tǒng)為平臺(tái)，根據(jù)PC機(jī)標(biāo)準(zhǔn)插件的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，為相應(yīng)的控制核心，讓數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)方案如圖四所示。

根據(jù)PCI-8132型控制卡插入PC機(jī)擴(kuò)展槽的方案，將運(yùn)動(dòng)控制卡、數(shù)控工作臺(tái)、直線電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、PS機(jī)等有機(jī)的連接起來(lái)。電線電機(jī)驅(qū)動(dòng)直接控制數(shù)控工作臺(tái)，運(yùn)動(dòng)控制器控制機(jī)床邏輯和伺服控制，讓運(yùn)動(dòng)控制器以運(yùn)動(dòng)的形式執(zhí)行G代碼、用戶擴(kuò)展以及編程。

同時(shí)，PCI-8132是PCI接口的軸運(yùn)動(dòng)控制卡，通過(guò)伺服電機(jī)以及高頻脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)控制兩個(gè)軸的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)圓弧和直線，對(duì)數(shù)控加工位置及時(shí)進(jìn)行反饋。新形勢(shì)下，我國(guó)工業(yè)控制技術(shù)ICA總線逐漸替代了PCI總線，它具有Plug and Play（即插即用）以及中斷共享等作用，給廣大用戶帶來(lái)了更大的方便和快捷，是目前PC機(jī)通用的總線。

3 直線電機(jī)數(shù)控軟件以及發(fā)展趨勢(shì)

3.1 直線電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)軟件

根據(jù)現(xiàn)有的Windows平臺(tái)開(kāi)發(fā)、模塊化的程序設(shè)計(jì)，以及相應(yīng)的預(yù)處理、輸入輸出組成，用戶的輸出輸入界面實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)輸出、用戶輸入的轉(zhuǎn)換。通過(guò)用戶輸入對(duì)應(yīng)的數(shù)控代碼，發(fā)出指令，從而進(jìn)行有效的參數(shù)配置，生成G代碼指令。預(yù)處理讀取之后，通過(guò)相應(yīng)的編譯生成完整的PCI-8132控制程序，實(shí)現(xiàn)圓弧和直線的插補(bǔ)，在現(xiàn)有系統(tǒng)中，一般采用PARKER406LXR系列直線電機(jī)。

3.2 我國(guó)直線電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)軟件發(fā)展趨勢(shì)

3.2.1 技術(shù)逐漸成熟

隨著生產(chǎn)技術(shù)要求，我國(guó)直線電機(jī)逐漸向高性能、高可靠性機(jī)床設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變。目前，我國(guó)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給速度一般在100米每分鐘，加速度普遍能達(dá)到1-2g。在航空、模具、能源、汽車等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

3.2.2 性價(jià)比更好，變化更明顯

隨著直線電機(jī)應(yīng)用高性能化，特大機(jī)床精密度提高，出現(xiàn)很多特型機(jī)床、大型機(jī)床，解決傳統(tǒng)機(jī)床不能解決的問(wèn)題。從而提高了直線電機(jī)數(shù)控機(jī)床的利用價(jià)值。到2005年，我國(guó)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床已經(jīng)達(dá)到3000多臺(tái)，到2010年世界上已經(jīng)有超過(guò)20%的數(shù)控機(jī)床運(yùn)用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從根本上提高了高檔機(jī)床的推行力度和使用效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)我國(guó)直線電機(jī)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)不斷成熟和完善，我們?cè)谑褂眠^(guò)程中應(yīng)該根據(jù)不同種類的數(shù)控機(jī)床將對(duì)應(yīng)特點(diǎn)充分的發(fā)揮出來(lái)，注重科研和創(chuàng)新，在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，提高我國(guó)直線數(shù)控技術(shù)探討。將控制和驅(qū)動(dòng)有機(jī)的連接起來(lái)，從而拓展生產(chǎn)，保障生產(chǎn)安全。

[1]李緒成.直線電機(jī)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng),2005,(6)

[2]李緒成.直線電機(jī)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[A].中國(guó)科協(xié)2005年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].2005.

[3]李周平.基于直線電機(jī)的數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012,35(3)

[4]蔣薏,莊麗陽(yáng),唐通鳴.直線電機(jī)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用[J].南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2006,5(1)

[5]唐振宇.直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)技術(shù)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓,2009,37(3)

[6]蔣朝霞.直線電機(jī)在數(shù)控車床上的應(yīng)用[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2007,34(10)

[7]林健,汪木蘭,陳桂等.直線電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的共性技術(shù)研究[J].中國(guó)制造業(yè)信息化,2012,41(11)

[8]魯小勇.淺談直線電機(jī)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].新農(nóng)村（黑龍江）,2012,(2)