用于长行程机器应用的滚珠丝杠非常昂贵，并且为了充分支持所需的行程距离，需要增加运动部件。如果机器应用还需要高运转速度，意味着需要更大的伺服电机和伺服驱动器，这会导致机器成本上升。印度生产设备供应商Proteck的工程师正在设计满足这些性能的机器。此外，该机器需要在110m/min直线速度运行时保证双向±10微米的重复定位精度。他们的工程师们向科尔摩根欧洲公司求助，希望在保持或提高运行效率的同时减少机器成本和设备耗电量。

该公司最初设计了高规格的二氧化碳3轴激光切割机，其独特的光路设计可以适用于各种不同的平板材料。这些机器占用空间小，仅包括铸铁床和下侧单轴几何形状，实现2.5×1.5米尺寸的平板三侧开口。该公司在此机器的基础上推出了新型号，该型号包括以前机器的所有功能，但是使用更轻、成本更低的焊接框架结构。

    设计结果是为3轴桥式激光加工中心引入了齿轮齿条结构的长行程下侧轴，加工中心包括两个同步下侧X轴，支撑一个空门Y轴和一个垂直Z 轴。

    最初的设想是将直线电机技术用于长行程双同步X轴，但是该设计的成本过于高昂，使机器无法适应目标市场。工程师们认识到在设计齿条和齿轮系统时，需要使用不同的方法实现解决齿隙和重复定位精度需求。该公司设计了一套独特的预紧结构，该结构通过将齿轮和电机安装到偏心导向圆以实现齿轮完全接触，并通过针对性调整，以尽量避免系统动态特性的丧失。该预紧力结构在齿条和齿轮表面的性能良好，但是标准旋转伺服电机需要配备行星减速箱以产生足以驱动负载的转矩，当预紧力结构与标准旋转伺服电机集成时，减速箱齿隙对系统性能影响甚大。该问题的解决方案是采用科尔摩根KBM无框直驱电机来直接驱动齿轮齿条，避免减速箱的齿隙产生的影响。

KBM电机套件包括单独的转子和定子，结合依靠机器上的轴承和保护盖，转子和定子被直接安装到机器上，并集成了电源接头和编码器接头。按照其安装布局，大直径齿轮轴直接联接到转子上，形成一个独立的刚体，减少了可能导致的空转和潜在的有害谐波。最终设计已经通过实地验证，可实现极低的齿隙，并且拥有优秀的动态性能，并提高生产率。齿条和齿轮系统对碎屑拥有较强的抵御能力，不需要达到直线电机系统对激光加工环境所要求的防护等级，如图1所示。

图1 KBM单独转子和定子的安装方式有效限制了空转并减少了有害谐波

     该公司还在其他系统中使用KBM无框直驱电机和AKM同步伺服电机。Proteck齿条和齿轮系统采用科尔摩根KBM无框直驱电机，减少了零件数量，更加节能高效，并且实现了更高的速度和精度，同时将齿隙和空转降低到所需要求以下。拥有多反馈功能的科尔摩根S700 伺服驱动器（如图2所示）可轻松地实现全闭环，旋变反馈设备安装到KBM无框直驱电机上用于换向，另一个反馈设备安装到磁性直线标尺上用于位置环。

图2 S700 伺服驱动器拥有多反馈功能，EtherCAT和CANopen总线通讯，以及SIL2/SIL3安全功能

     反馈协议为SSI absolute、EnDAT或BiSS，以便与各种数控控制器配套，从而通过所有S700驱动器中集成的EtherCAT进行设置和监控。这些可选功能包括用于SIL2和3安全标准的STO（安全转矩关闭）以及用于设置和监控的以太网连接。

    新一代平板切割机能切割的最大平板尺寸为3.1×1.6米，该切割机在Y和Z轴上使用科尔摩根AKM系列同步伺服电机，并且配备了MicronTM系列行星减速机，并且配备制动器，如图3所示。

    该公司在平台、3轴桥式和龙门式机器的基础上研发了最新的激光切割机SI 2530，这是一个7轴加工中心，其中包括先进的飞行光路头设计，可实现成型工件的垂直和倾斜角侧的激光切割。大型三维组装金属板工件被固定到一个固定式中心工作台上，多个旋转式激光头经过引导总是保持最佳垂直角度以实现完美切割。

图3 Proteck的平板切割机也使用配备MicronTM 系列行星减速机的科尔摩根AKM 系列同步伺服电机

     采用Proteck齿条和齿轮机构的KBM无框直驱电机被用于驱动该机器的主水平轴，其覆盖区域为1.6×3.3×0.7米。此外，空心轴的KBM无框直驱电机也用作多旋转飞行光路系统的主驱动电机——实现激光传输和聚焦系统直通的同时保持灵活度和精密度，从而实现360度和±135度旋转行程的双旋转轴的完全同步。此外，机器的其他轴采用与S700驱动器完美配合的AKM同步伺服电机，从而减少了备件和库存成本。

    摘自《自动化博览》2015年11月增刊