直线电机在划片机中的应用

朴宇

摘要：随着计算机、通信、高性能消费电子等行业的快速发展，我国对集成电路的需求不断增加，国内包装产量远远不能满足国内市场需求。在集成电路的后封装过程中，半导体芯片的划切是第一个过程。由于直线电机对精度的要求较高，在我国自行研制的切屑划线机中，采用直线电机作为高精度定位送料机构。本文从直线电机的工作原理和基本特性入手，分析了直线电机在划片机上的具体应用。

关键词：直线电机;划片机;高精度定位

引言

划片机是精密切割的专用设备，其主要运动是主轴沿Y轴方向的定位和步进运动。由于主运动的定位精度决定了划片机的切割精度，对其定位精度有较高的要求。提高零件的制造精度，减少原始误差是保证划片机定位精度的基本途径。然而，零件的制造精度不能无限期地、任意地提高。受工艺设备条件、技术水平和生产成本的制约。因此，在自行研制的划片机上，直线电机用于高精度的定位送料机构。

1.划片机的结构设计与误差分配

在结构设计中，传动链应尽可能短，机构应尽量简化，减少零件数量，减少误差源。提高了结构的刚度和刚度，减小了变形误差和振动的影响。尽可能采用运动学结构，通过最小化点接触，减少尺寸和形状误差的影响，形成必要的约束，提高精度，降低零部件接触件的加工要求，获得较高的经济加工精度。根据上述原理设计了划片机Y轴驱动定位系统。

结构设计完成后，根据各部件对机床精度的不同影响程度，并根据实现的可能性，对各部件提出不同的精度要求和适当的精度分配，允许较大的误差和较小的误差，使各部件的误差机构中元件的尺寸与误差传递函数成反比，保证了元件的准确分配。合理经济，实现功能与成本的最佳匹配。通过反复的分配和调整，实现了误差的分配，从而得到较为理想的结果。驱动系统的核心部件是步进电机，步进电机直接驱动滚珠丝杠和螺母副，使旋转变为主轴的运动。

2.直线电机结构及工作原理

2.1基本结构

与旋转电机相比，直线电机的接头相当于径向切割旋转电机，形成平面。它包括相当于定子部分的一次部分和相当于转子部分的二次部分。通常情况下，行波磁场与交变磁场是做平行式运动的，且是由初级绕组中的多相交流电产生。驱动力是在行波磁场和二次永磁体的作用下产生的，从而实现运动部件的直线运动。在实际应用中，一次和二次的长度是不同的。电机运行时，一次和二次应相对运动。一级和二级的长度不能相等。否则，一次和二次之间的耦合部分将逐渐减小，无法正常移动。

2.2工作原理

一旦旋转电机在顶部位置出现径向切割且圆周出现拉直情况时，，旋转电机就自然而然转变为直线电机。如果三相绕组受到三相对称正交电流的动力作用时，就会产生一定的磁场。当没有将纵向边缘效应考虑在内时，气隙磁场就会沿着延伸的直线出现正弦分布。除此之外，当三相电流随时间发生一定变化时，气隙磁场会沿A、B和C进行线性移动，行波磁场也会切断二次回路，在二次回路中产生感应电流。该电流会与主磁场相互作用进而产生一定的电磁力，该电磁力在一定程度上能够促进初级和次级磁场的相对运动。倘若电动机的极对数设为1，一旦三相交流电流在一段时间内发生变化时，行波磁场就会在绕组延伸的方向上移动两次。值得一提的是，行波磁场的速度与定子内表面上的旋转磁场的线速度相同。当定子产生的磁场在定子和电动机之间的气隙中旋转时，磁场将切断转子并使转子产生感应电流。然后将电流感应到原始磁场，产生电磁转矩并使转子旋转。

如果改变直线异步电动机定子绕组中电源的相序，行波磁场就会向相反的方向运动。根据这一原理，直线异步电动机可以直线往复运动。

3.直线电机的特点

旋转感应电机的同步速度取决于频率f和极数P，而直线电机的同步速度取决于频率F和磁极距离。此外，滑动速率s分别由速度n和移动速度v控制。对于旋转电机来说，很容易使转速n接近同步转速ns，但对于低速直线电机，通常很难达到移动速度v，因此效率不可避免地会变小。

因此，为了在某些程度上减小滑差串s，可以通过调低同步速度Vs来实现目的。但是如果使极距和频率f极其小，那么在机械加工方面或在技术上便会出现一些问题。当依据电机的效率或成功率来衡量直线机的工作性能时，直线电机性能较差。需要注意，如果以推力/输入比和推力/质量比等新的评价标准对其性能进行评估时，直线电机又变成了高性能装置。

4.直线电机的发展趋势

直线电机可以直接驱动负载直线运动，也可以直接驱动圆盘式机械在无齿轮转换装置的情况下低速旋转。它在工业上有很高的价值，应用范围广阔，发展速度迅速。该电机具有极其简单的结构、相对较低的能耗和较为理想的工作效率等特点。当前，其主要向如下方向发展：新原理直线电机的出现，如薄膜直线电机;研究与开发，以薄膜材料为电机的定、动基板，使电机结构简单化;在结构设计中注重模块化、标准化、系列化，形成功能部件;在技术性能上发展到高精度;在控制技术上向数字化方向发展。将直线电机的生产商业化，尽快研究和解决关键问题，成果转化为商品。

5.直线电机的应用效果

随着高速加工技术的飞速发展，对传动和控制系统的要求越来越高，使得直线电机驱动技术的研究越来越深入。目前，直线电机已经克服了许多缺点，其动态性能更加优异。直线驱动技术的研究不仅是技术发展的越来越快的趋势，而且能够为企业带来更大的社会经济效益，成为未来发展的必然趋势。实际应用证明，直线电机具有以下优点：

5.1高速响应性

由于系统中直接消除了一些响应时间常数较大的机械传动部件，如絲杠等，大大提高了整个控制系统的响应性能，响应非常灵敏、快速。

5.2高精度性

考虑到它从本质上就消除了部分丝杠等机械机构引起的固有传动误差，同时在一定程度上减少了传动系统在插补时的滞后引起的跟踪误差。

5.3速度快、加速度过程短

它可以实现起动时的瞬时高速和高速时的瞬时准停机。

5.4运动安静、噪声低

由于消除了传动螺杆等零件的机械摩擦，大大降低了其运动噪声。

5.5维护方便

由于直线电机是以一个整体出现，所以维护极为方便。

6.结论

综上所述，直线电机在划片机精确定位和步进进给中的应用只是一个初步尝试。结果表明，直线电机的使用满足了切割工艺的要求，取得了满意的效果。随着进线电机生产技术的不断完善和成熟，必将在工业生产中得到更广泛的应用。

参考文献

[1]黄伟，索来春. 直线电机在划片机中的应用[J]. 新技术新工艺，2001（7）：4-5.

[2]汝晓艳，聂瑛达. 直线电机的工作原理及应用[J]. 电子制作，2014（22）：193-193.

[3]尹超，李双江. 250全自动划片机关键技术分析与维护维修[J]. 机电信息，2016（12）：112-113.

[4]王明权，王宏智. 全自动划片机的关键技术研究[J]. 电子工业专用设备，2007，36（2）：28-32.

（作者单位：沈阳和研科技有限公司）