力矩电动机技术在机床上的应用

魔神

    

西泰克（CyTec）公司的名字是最近几年随着力矩电动机双摆头一起进入中国市场的，CyTec凭借其独特的力矩电动机直接驱动专利技术，以及外转子力矩电动机技术， 这个只有200人的德国小公司，让机床行业深深记住了他的名字，也让电动机行业的几大工业巨人深深地栽了一个跟斗。 除了双摆头 CyTec的产品还包括系列化的力矩电动机转台
一、力矩电动机基本知识 
    力矩电动机Torque Motor, 也有人翻译为扭矩电动机，它本质上是低速大扭矩的伺服电动机，与我们熟悉的伺服电动机分类相同，分为直流、 无刷直流、正弦交流交流几种；为提高扭矩，力矩电动机的极数较多，所以转速一般只有一百转到几百转，以下是西泰克（CyTec）力矩电动机与普通伺服电动机参数的比较（见表１）
表１
 

普通伺服电动机 CyTec力矩电动机   最大扭矩/Nm  120  10000  最高转速/r•min-1  3000～6000  3000～6000  电极极数  4  60  额定电流  10Nm电动机为10A  1700Nm电动机为11.8A  电压等级  230V, 400V  400V  电极类型  直流、 无刷直流正弦交流正弦交流  正弦交流

由以上参数可以看出，力矩电动机额定电流很小，用很小的伺服模块就可以驱动扭矩很大的力矩电动机力矩电动机的结构形式，由外转子、内转子两种；内转子结构有明显优势因为相同扭矩的电动机体积可以更小，在机床行业，相同的性能，体积小就有很大的优势CyTec采用的是外转子结构（见图１）。

图１  CyTec 外转子机构的力矩电机

 力矩电动机其实是一种很早就有的技术，我所了解的力矩电动机最早的应用是导弹上的陀螺电动机， 但扭矩相对很小，在机床上的应用是最近10年才出现的。 随着高速加工技术的发展，市场需要一种高精度、高加速度的旋转机构，而齿轮或蜗轮蜗杆传动，事实证明是达不到要求的。随着交流伺服技术的进步， 力矩电动机的扭矩很快达到了实用的程度，力矩电动机直接驱动在机床上很快得到了应用。

二、力矩电动机直接驱动是实现高速高精度旋转运动的最佳选择

图２　力矩电动机直接驱动的摆头 

    机床上的旋转运动，例如摆头和转台（见图２和图３），传统的解决方法是采用伺服电动机+蜗轮蜗杆或齿轮实现，这种方式的缺点也很明显：首先是磨损，机械部件长期连续运行的磨损是不可避免的，尤其是蜗轮蜗杆转台的耐用性是很大的问题， 精度保持性很差； 其次是速度与加速度低，在加工高速曲面时，如果旋转轴的速度低于曲面的加速度，就会出现过切现象。

 

图３　采用力矩电动机的双轴转台

    力矩电动机的转子直接驱动旋转部件的运动，它没有中间的传动环节，是一种不接触的传动，没有反向间隙，没有磨损，配合高精度编码器，可以实现编码器级别的精度；力矩电动机一般可以实现60r/min的转速，这对摆动机构来说，已经是很高的速度了。
   都采用±2.5”的编码器反馈情况下, 力矩电机与齿轮、蜗轮蜗杆传动的比较（见表２）：
表２
 力矩电动机 蜗轮蜗杆 齿轮
定位精度 ±3” ±10” ±7”
速度 360°/s 60°/s 120°/s
加速度 1300°/s² 300°/s² 400°/s²
精度保持性 精度不变 精度易损 精度保持性较好
摆动扭矩 小 中 大
三、 力矩电机的应用
采用力矩电机的机床部件，主要有摆头和转台，图４为这两种产品的典型结构图。

图４

    CyTec的产品在国内主要用于五轴龙门铣摆头、 卧式工中心转台、齿轮磨床、叶片磨床摆动轴、 曲线磨床头架、万能磨床砂轮架转位等（见图５、图６）。

图５　采用力矩电动机摆头的五轴龙门铣

图６　采用双轴力矩电机转台的叶片磨床

图７　　卧式加工中心转台

图８　落地镗床

四、 力矩电动机的发展与应用走向
    力矩电动机在国外已是成熟产品，国内尚处于萌芽状态。采用力矩电动机的产品目前在国内应用还不是很多，价格是最大的制约因素， 其次受制于某些系统参数不开放。降低价格最好的办法是提高产量；目前国内已有几家公司在致力于力矩电动机的生产，会迫使国外产品降价，从而推动消费市场。
    国外产品的研制生产体制可以借鉴，例如CyTec与Achen大学合作，成立专门的力矩电动机研究机构，将技术直接注入企业去生产，企业将利润返回研究机构作进一步的研究。CyTec之所以能够与一些大企业抗衡，主要是由于有Achen大学这样一个技术背景。

tjnpx

不错哟，挺好的说。

xiyanli

这个世界上很多事都没有对与错，敢于逆风逆旅才能有所得

gzghjx99

分析的不错，学习了