一種新型直線電機及其組成的流水線介紹

程丙坤

摘 ?要：本文介紹了一種新型直線電機及其組成的流水線的原理、結(jié)構(gòu)及特點，并通過身邊實際使用案例對其經(jīng)濟效益做了比較，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)從業(yè)者帶來一些借鑒或啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：直線電機;線性馬達;線性直驅(qū);柔性;智能;高速流水線

隨著珠江三角洲和長江三角洲一帶用工荒的蔓延，越來越多的工廠開始采用自動化裝配線來代替人工。

傳統(tǒng)裝配線運動控制包含傳送鏈、同步帶、齒輪和凸輪等技術(shù)。這些解決方案限制了應(yīng)用的靈活性，造成了能源浪費、過多的維護費用及產(chǎn)量不足。未來的智能制造將以柔性化和高產(chǎn)量化為發(fā)展趨勢，實現(xiàn)多規(guī)格多批量的高效靈活生產(chǎn)。

為適應(yīng)這種趨勢，一種新型直線電機應(yīng)運而生，通過采用新一代最先進的環(huán)形運動控制技術(shù)，使得簡單靈活、高速高效的多動子運動成為現(xiàn)實，提供兼具高產(chǎn)量和高靈活兩全其美的終極解決方案。

為便于讀者對其結(jié)構(gòu)有個直觀認識，下圖一和圖二給出了新型直線電機和傳統(tǒng)直線電機的立體圖供讀者比較和參考。

圖一為新型直線電機，永磁動子一端固定在線性導(dǎo)軌上，另一端懸空套在定子上，由定子內(nèi)產(chǎn)生的交變磁場驅(qū)動。導(dǎo)軌可根據(jù)需要負載、精度、剛度要求布置一根或兩根。直線電機機體可以接電源線及多軸控制器的控制電纜。可以通過直線電機機體上的安裝孔（另外一側(cè)也有一排），將其固定在自己設(shè)計的機器上。圖二為傳統(tǒng)的無鐵芯直線電機，可以清楚的看到其動子上帶有2根電纜，這導(dǎo)致其在有循環(huán)要求的流水線上無法使用。

兩者原理上的差異：普通直線電機的原理并不復(fù)雜.你可以理解為把一臺旋轉(zhuǎn)運動的感應(yīng)電動機沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就是一臺直線電機。一般直線電機為了節(jié)約成本，用永磁體一極做定子而把帶線圈的一極做動子，動子中通過交流電，其就在電磁力的作用下沿著定子做直線運動。本文介紹的新型直線電機剛好與之相反，用永磁體做動子而把帶線圈的一極做定子，定子中通過交流電，動子就在電磁力的作用下沿著定子做直線運動。由于動子中沒有線圈及位置感應(yīng)器，所以沒有電纜，動子就可以沿著一個閉環(huán)做無限循環(huán)，這對于依托夾具或托盤流拉產(chǎn)品的加工或裝配來說，因為夾具或托盤可以循環(huán)使用，所以使用起來非常方便。

用這種新型直線電機組成的循環(huán)線，按照使用導(dǎo)軌的不同可以劃分為2種形式：第1種如圖三所示，兩端定子采用圓環(huán)形，中間用直線定子組成一個閉環(huán)，由于弧形導(dǎo)軌只能配滾輪來導(dǎo)向，精度只能達到0.1mm，適合在要求裝配精度較低的場合使用;第2種如圖四所示，兩端定子用氣缸或線形模組來擺渡，中間用直線定子組成一個閉環(huán)，由于都是采用線性導(dǎo)軌來導(dǎo)向，精度能夠達到0.01mm或更高，適合在高精度裝配的場合使用。當然這兩種方式既可以在水平面內(nèi)配置使用，也可以在垂直面內(nèi)配置使用。

用此新型直線電機組成的流水線具有如下特點：

1）. 多動子異步控制。不同節(jié)拍的產(chǎn)品各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以得到完美的整合，形成一整套高產(chǎn)量流水線。即使在更高層次的不同生產(chǎn)工 藝階段，不同節(jié)拍的多級流水線也可以得到一 條龍整合，形成一套從毛坯到成品的高產(chǎn)量超級流水線。用戶不同規(guī)格產(chǎn)品可共用一條流水線柔性 生產(chǎn)，通過簡單調(diào)整工裝夾具和節(jié)拍，就可以適應(yīng)多規(guī)格柔性生產(chǎn)的需求，節(jié)約了流水線的改造和更新成本，創(chuàng)造更多的使用價值。

2）. 高速度。由于采用的是直線電機，沒有中間傳動機構(gòu)，響應(yīng)速度快，其最高速度可以達到10m/s，最高加/減速度可以達到2.5G。

3）. 高精度。由于采用的是直驅(qū)，省掉了中間傳動機構(gòu)，可以輕而易舉零背隙，精度也得以大幅提升。如果用磁柵尺來反饋位置，則精度可以達到5微米;如果用光柵尺來反饋位置，則精度可以達到1微米.

4）. 易維護。簡單的機械部件，沒有機械連接，維護量大大減少。

5）. 可定制范圍廣，有效行程375mm～60m，避免了滑臺的弱點，絲杠的變形和皮帶的松動等現(xiàn)象。

6）. 可以使用無線控制設(shè)備及鋰電池模組，增加適用性。例如為滿足用戶產(chǎn)品夾持及 二次移動的需求，在動子上加上氣缸和壓縮氣罐來裝夾工件;在動子上加馬達機構(gòu)及蓄電池來提供工件的裝夾或二次移動;在動子上加上迷你真空泵和蓄電池，則可以用真空來吸住工件。 當然在條件許可的地方，也可以使用電刷電軌來代替蓄電池，為動子上的機構(gòu)提供電力。

使用案例：如圖五左側(cè)所示，輸入為首尾相連的50個產(chǎn)品，要求經(jīng)過Limiter折彎、Outriger折彎、Head切斷、Safe angle成形、DCF angle成形、切尾、分揀后成為圖五右側(cè)所示一個個獨立的產(chǎn)品輸出。傳統(tǒng)做法是用三臺機（五合一成形機/切尾機/分揀機來完成，機與機之間靠工人手工傳遞。導(dǎo)致工人體驗差，機器效率低精度差，維護量大。

新機器在每一個動子上用真空吸50個產(chǎn)品，經(jīng)左過渡單元到達拍齊單元，在這里真空關(guān)閉，氣缸將其沿Y方向（垂直屏幕向里）拍齊后再開真空吸住。分選單元，此處相機依次檢測每一個產(chǎn)品，記錄帶紅點產(chǎn)品（上工序產(chǎn)生并標注的缺陷品）的次序，同時記錄特定定位孔的X/Y坐標，為5合1模具提供精確的位置修正。5合1模具成形，切尾，產(chǎn)品到下料工位，根據(jù)分選單元在電腦內(nèi)記錄的位次，將產(chǎn)品吸走，投入廢品箱或變節(jié)距后放入TRAY內(nèi)，一個TRAY裝滿后會退回到輸出位置，下一個空TRAY替上，如此循環(huán)，直到產(chǎn)品卸完。空的動子經(jīng)右過渡單元回到上料位置，工人一次替五個動子上料，開始下一個循環(huán)。此機將原來的3臺機（沖壓機、剪尾機、分揀機）濃縮成了一臺機，夾具循環(huán)流動，結(jié)構(gòu)緊湊，精度及可靠性大大提高，維修工作量也大大減少。原來沖壓機采用V形塊定位，由于長期磨損，導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定，經(jīng)常要停機檢修，維護人員疲憊不堪，現(xiàn)在采用新型直線電機，動子和定子不接觸，沒有磨損，所以質(zhì)量非常穩(wěn)定。即使線性導(dǎo)軌有磨損，但由于是滾動摩擦，磨損小，壽命長，而且選的是帶預(yù)壓力的線性導(dǎo)軌，精度有保證。即使磨損了，由于導(dǎo)軌是標準件，也容易更換。

此機構(gòu)目前唯一缺點是有點昂貴，但由于效率高，質(zhì)量可靠，適應(yīng)范圍廣，隨著未來產(chǎn)量上升帶來的成本下降，未來必將在工業(yè)生產(chǎn)上有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]《iTS 智能柔性環(huán)形線線性直驅(qū)技術(shù)》、《Akribis直驅(qū)產(chǎn)品綜合型錄》、《機械設(shè)計手冊》。