直线电机应用机械设计指南
直线电机应用机械设计指南 ..............................................................................................................................................................1 1 直线电机安装结构设计要求.....................................................................................................................................................4
1.1 直线电机安装位置 ........................................................................................................................................................4 1.2 结构设计强度与刚度 ....................................................................................................................................................4 1.3 Z轴（垂直轴）刹车.....................................................................................................................................................4 1.4 水平轴刹车......................................................................................................................................................................5 1.5 安装尺寸精度 .................................................................................................................................................................5 1.6 防撞设计 ..........................................................................................................................................................................6 2 直线电机防护设计 ......................................................................................................................................................................6
2.1 铁屑防护 ..........................................................................................................................................................................6 2.2 切削液防护......................................................................................................................................................................6 2.3 其它运动部件的防护 ....................................................................................................................................................7 3 装配工艺 ........................................................................................................................................................................................8
3.1 装配的调整设计 .............................................................................................................................................................8 3.2 加工工艺结构设计 ........................................................................................................................................................8 3.3 装配的工装......................................................................................................................................................................8 3.4 直线电机拆装顺序 ........................................................................................................................................................9 4 光栅尺安装..................................................................................................................................................................................10
4.1 光栅尺安装位置要求 ..................................................................................................................................................10 4.2 光栅尺安装精度要求 ..................................................................................................................................................10 4.3 光栅尺的防护 ...............................................................................................................................................................11 5 直线电机的冷却 .........................................................................................................................................................................11
5.1 冷却功率 ........................................................................................................................................................................11 5.2 回路设计 ........................................................................................................................................................................12
1 直线电机安装结构设计要求
1.1 直线电机安装位置
直线电机、磁板的安装位置，应当尽量设计靠近运动结构的重心位置，以平衡运动时的推力
1.2 结构设计强度与刚度
直线电机与磁板之间持续存在较大的磁吸力，如 CE133A吸力为6480N，CE266A吸力为12960N；工作台、鞍座等设计时，必须考虑有足够的强度和刚度。同时，为避免移动部件过于笨重，应尽量考虑采用高强度的材质，以及多筋板结构。 其它结构上提高刚度的办法有：
● 上拱结构
● 导轨等支撑点尽量靠近直线电机线圈
1.3 Z轴（垂直轴）刹车
直线电机应用在Z轴（垂直轴）上时，由于重力的作用，在未通电时，或直线电机无力矩输出时，会发生掉落事故。必须设计Z轴的刹车装置。
一般我们推荐Z轴的直线电机设计推力要包含Z轴的结构重量，但是，如果设计时未考虑，或为增加安全性，则建议设计Z轴平衡装置（如机械配重、氮气平衡缸等）
推荐使用CKD的气动平衡缸，可以满足配重和刹车的双重作用：
1.4 水平轴刹车
直线电机水平移动轴上，如果在运动时发生断电事故，直线电机运动时会切割磁力线，产生反向的制动力，迫使运动电机在较短的距离停止，其停止距离要大于丝杠传动系统。如果对停止距离有更高的要求，或在机床关机时，不允许机床有容易移动的情况。建议在水平轴上也安装刹车装置，推荐品牌CKD或SMC：
1.5 安装尺寸精度
1.6 防撞设计
虽然正常使用机床不会发生撞击的事故，但是为了避免意外的撞击事故造成直线电机的损坏，所以，直线电机两端的防撞缓冲装置还是必须的。设计缓冲装置时须注意：
缓冲装置受力点避免在线圈、滑块等精密元件上。
2 直线电机防护设计
直线电机由于没有传动元件，不会发生像丝杠传动系统一样，将细铁屑卷到丝杠里，从而磨损丝杠。所以在防护设计时，主要要考虑的是导向部件（如线轨）等对铁屑的防护要求，而无需过多的考虑直线电机的要求。
2.1 铁屑防护
直线电机的磁板，由于对铁屑有较强的吸引力，故应当在移动部件上设计铁屑的刮除装置，同时也要避免铁屑在磁板两端过度堆积，防止刮屑板回刮，其示意图如下：
2.2 切削液防护
直线电机的线圈不是完全防水的结构，接线端子上粘上切削液后，也容易造成短路漏电的事故。所以，为防止这种情况出现，结构设计上需考虑： ● 结构设计上，有防止切削液进入的结构
● 线圈安装面上打硅胶也是一种简单有效的防水办法
2.3 其它运动部件的防护
如果对导轨防护有较高的要求，建议导轨防护罩可以设计成下面的结构：
3 装配工艺 3.1 装配的调整设计
由于线圈与磁板设计距离为0.7mm，故必须考虑由于加工综合误差引起的磁板与线圈距离的变化，在
线圈一侧设计调整垫片，可以在装配时调整线圈与磁板的间隙：
3.2 加工工艺结构设计
在设计磁板和线圈的安装面时，应尽量考虑如下几点： ● 磁板的安装面高于铸件平面，防止铁屑在磁板堆积。 ● 侧面加工安装基准，方便安装。 ● 减小加工面，降低加工难度。
3.3 装配的工装
考虑到直线电机装配的特殊性，可以考虑设计制作下面的工装，装配时将其装到磁板的安装孔上，将线圈放置在上面，推动安装：
3.4 直线电机拆装顺序
拆卸时，按相反流程操作。
4
光栅尺安装
4.1 光栅尺安装位置要求
光栅尺安装位置尽量靠近直线电机，最好安装在导轨内直线电机的旁边，以获得最优的反馈控制效果。
4.2 光栅尺安装精度要求
4.3 光栅尺的防护
光栅尺的防护，可以从以下几方面考虑：
● 光栅尺的安装位置，结构允许的话，在行程上可以设计安装在远离加工区域的地方，但同时要尽可
能的减小阿贝误差。
例如：
x轴用光栅，如果其磨削行程是200mm，那么我们可以把x轴放长到500-600mm，然后再其后侧的300-400mm范围内安装测长200mm的光栅尺。这样，其阿贝误差不变，同时由于后侧远离加工区域。光栅将基本不受影响，只需简单安装防护罩壳就可以了。缺点是机床结构变长，铸件成本较高，机床体积较大。目前在欧美机床生产企业中使用较广泛！
如果结构设计上不允许，注意下面的结构设计要求，也能最大程度的保护光栅尺。
● 光栅尺的外部，应有足够的防护外罩，防止切削液流到尺体上；同时，光栅尺的安装方向，尽量使
光栅尺的开口侧向或向下，开口不要正对铁屑及切削液飞溅的方向，以防止光栅尺污染。
● 光栅尺的安装可以加装压缩空气进行密封，但是压缩空气必须经过特别的过滤和干燥，其质量必须
符合要求，推荐品牌:SMC。考虑到滤芯的更换，建议使用安全开关，当滤芯快失效时，安全开关会发出报警信息，提示用户尽快更换，避免损坏损坏光栅尺；另外，在光栅尺这一段的气路上，应当安装自动检测气路气压的反馈元件，当气路气压低于设定值时，发出报警，因为有可能是由于光栅尺密封被破坏失效，导致气压降低所致。检测推荐的过滤单元如下：
5 直线电机的冷却
5.1 冷却功率
冷却功率的计算，按照线圈的相间电阻和额定电流来计算，具体计算方法另文描述。
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5.2 回路设计
冷却管路的连接，三轴应当进行并联连接，以使三轴获得相同的冷却效果。如果油冷机（水冷机）的选型能同时满足主轴的冷却要求，则可以将主轴也并联入冷却回路
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直线电机应用机械设计指南
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1.1 直线电机安装位置 ........................................................................................................................................................4 1.2 结构设计强度与刚度 ....................................................................................................................................................4 1.3 Z轴（垂直轴）刹车.....................................................................................................................................................4 1.4 水平轴刹车......................................................................................................................................................................5 1.5 安装尺寸精度 .................................................................................................................................................................5 1.6 防撞设计 ..........................................................................................................................................................................6 2 直线电机防护设计 ......................................................................................................................................................................6
2.1 铁屑防护 ..........................................................................................................................................................................6 2.2 切削液防护......................................................................................................................................................................6 2.3 其它运动部件的防护 ....................................................................................................................................................7 3 装配工艺 ........................................................................................................................................................................................8
3.1 装配的调整设计 .............................................................................................................................................................8 3.2 加工工艺结构设计 ........................................................................................................................................................8 3.3 装配的工装......................................................................................................................................................................8 3.4 直线电机拆装顺序 ........................................................................................................................................................9 4 光栅尺安装..................................................................................................................................................................................10
4.1 光栅尺安装位置要求 ..................................................................................................................................................10 4.2 光栅尺安装精度要求 ..................................................................................................................................................10 4.3 光栅尺的防护 ...............................................................................................................................................................11 5 直线电机的冷却 .........................................................................................................................................................................11
5.1 冷却功率 ........................................................................................................................................................................11 5.2 回路设计 ........................................................................................................................................................................12
1 直线电机安装结构设计要求
1.1 直线电机安装位置
直线电机、磁板的安装位置，应当尽量设计靠近运动结构的重心位置，以平衡运动时的推力
1.2 结构设计强度与刚度
直线电机与磁板之间持续存在较大的磁吸力，如 CE133A吸力为6480N，CE266A吸力为12960N；工作台、鞍座等设计时，必须考虑有足够的强度和刚度。同时，为避免移动部件过于笨重，应尽量考虑采用高强度的材质，以及多筋板结构。 其它结构上提高刚度的办法有：
● 上拱结构
● 导轨等支撑点尽量靠近直线电机线圈
1.3 Z轴（垂直轴）刹车
直线电机应用在Z轴（垂直轴）上时，由于重力的作用，在未通电时，或直线电机无力矩输出时，会发生掉落事故。必须设计Z轴的刹车装置。
一般我们推荐Z轴的直线电机设计推力要包含Z轴的结构重量，但是，如果设计时未考虑，或为增加安全性，则建议设计Z轴平衡装置（如机械配重、氮气平衡缸等）
推荐使用CKD的气动平衡缸，可以满足配重和刹车的双重作用：
1.4 水平轴刹车
直线电机水平移动轴上，如果在运动时发生断电事故，直线电机运动时会切割磁力线，产生反向的制动力，迫使运动电机在较短的距离停止，其停止距离要大于丝杠传动系统。如果对停止距离有更高的要求，或在机床关机时，不允许机床有容易移动的情况。建议在水平轴上也安装刹车装置，推荐品牌CKD或SMC：
1.5 安装尺寸精度
1.6 防撞设计
虽然正常使用机床不会发生撞击的事故，但是为了避免意外的撞击事故造成直线电机的损坏，所以，直线电机两端的防撞缓冲装置还是必须的。设计缓冲装置时须注意：
缓冲装置受力点避免在线圈、滑块等精密元件上。
2 直线电机防护设计
直线电机由于没有传动元件，不会发生像丝杠传动系统一样，将细铁屑卷到丝杠里，从而磨损丝杠。所以在防护设计时，主要要考虑的是导向部件（如线轨）等对铁屑的防护要求，而无需过多的考虑直线电机的要求。
2.1 铁屑防护
直线电机的磁板，由于对铁屑有较强的吸引力，故应当在移动部件上设计铁屑的刮除装置，同时也要避免铁屑在磁板两端过度堆积，防止刮屑板回刮，其示意图如下：
2.2 切削液防护
直线电机的线圈不是完全防水的结构，接线端子上粘上切削液后，也容易造成短路漏电的事故。所以，为防止这种情况出现，结构设计上需考虑： ● 结构设计上，有防止切削液进入的结构
● 线圈安装面上打硅胶也是一种简单有效的防水办法
2.3 其它运动部件的防护
如果对导轨防护有较高的要求，建议导轨防护罩可以设计成下面的结构：
3 装配工艺 3.1 装配的调整设计
由于线圈与磁板设计距离为0.7mm，故必须考虑由于加工综合误差引起的磁板与线圈距离的变化，在
线圈一侧设计调整垫片，可以在装配时调整线圈与磁板的间隙：
3.2 加工工艺结构设计
在设计磁板和线圈的安装面时，应尽量考虑如下几点： ● 磁板的安装面高于铸件平面，防止铁屑在磁板堆积。 ● 侧面加工安装基准，方便安装。 ● 减小加工面，降低加工难度。
3.3 装配的工装
考虑到直线电机装配的特殊性，可以考虑设计制作下面的工装，装配时将其装到磁板的安装孔上，将线圈放置在上面，推动安装：
3.4 直线电机拆装顺序
拆卸时，按相反流程操作。
4
光栅尺安装
4.1 光栅尺安装位置要求
光栅尺安装位置尽量靠近直线电机，最好安装在导轨内直线电机的旁边，以获得最优的反馈控制效果。
4.2 光栅尺安装精度要求
4.3 光栅尺的防护
光栅尺的防护，可以从以下几方面考虑：
● 光栅尺的安装位置，结构允许的话，在行程上可以设计安装在远离加工区域的地方，但同时要尽可
能的减小阿贝误差。
例如：
x轴用光栅，如果其磨削行程是200mm，那么我们可以把x轴放长到500-600mm，然后再其后侧的300-400mm范围内安装测长200mm的光栅尺。这样，其阿贝误差不变，同时由于后侧远离加工区域。光栅将基本不受影响，只需简单安装防护罩壳就可以了。缺点是机床结构变长，铸件成本较高，机床体积较大。目前在欧美机床生产企业中使用较广泛！
如果结构设计上不允许，注意下面的结构设计要求，也能最大程度的保护光栅尺。
● 光栅尺的外部，应有足够的防护外罩，防止切削液流到尺体上；同时，光栅尺的安装方向，尽量使
光栅尺的开口侧向或向下，开口不要正对铁屑及切削液飞溅的方向，以防止光栅尺污染。
● 光栅尺的安装可以加装压缩空气进行密封，但是压缩空气必须经过特别的过滤和干燥，其质量必须
符合要求，推荐品牌:SMC。考虑到滤芯的更换，建议使用安全开关，当滤芯快失效时，安全开关会发出报警信息，提示用户尽快更换，避免损坏损坏光栅尺；另外，在光栅尺这一段的气路上，应当安装自动检测气路气压的反馈元件，当气路气压低于设定值时，发出报警，因为有可能是由于光栅尺密封被破坏失效，导致气压降低所致。检测推荐的过滤单元如下：
5 直线电机的冷却
5.1 冷却功率
冷却功率的计算，按照线圈的相间电阻和额定电流来计算，具体计算方法另文描述。
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5.2 回路设计
冷却管路的连接，三轴应当进行并联连接，以使三轴获得相同的冷却效果。如果油冷机（水冷机）的选型能同时满足主轴的冷却要求，则可以将主轴也并联入冷却回路
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