一、什么是電動缸？（摘自百度百科解讀）電動缸是集伺服電機(jī)和線棒為一體的模塊化產(chǎn)品。它將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，同時將伺服電機(jī)的最佳優(yōu)點轉(zhuǎn)化為精確速度控制、精確旋轉(zhuǎn)控制、精確轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)化為精確速度控制、精確位置控制、精確力控制；全新革命性產(chǎn)品，實現(xiàn)高精度直線運動系列。
二、伺服電動缸的分類
伺服電動缸從外部結(jié)構(gòu)上可分為直線型和平行型兩種。
1。直線電動缸
直線電機(jī)氣缸集伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動、高精度滾珠絲杠或行星絲杠、模塊設(shè)計等技術(shù)于一體。整個電動缸結(jié)構(gòu)緊湊。伺服電機(jī)與氣缸的傳動桿通過聯(lián)軸器連接，使伺服電機(jī)的編碼器直接反饋氣缸活塞桿的位移，減小中間環(huán)節(jié)的慣性和間隙，提高控制性能和控制精度。伺服電機(jī)與電動缸整體連接。安裝簡單，設(shè)置簡單。電動缸主要部件采用國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品制造。性能穩(wěn)定，故障率低，可靠性高。
2。并聯(lián)電動缸
并聯(lián)電動缸的電機(jī)與缸部并聯(lián)安裝。同步帶和同步帶輪連接在氣缸的傳動桿上。除了直線電動缸的特點外，由于總長度較短，安裝位置相對較小。這個場合比較合適。同時，采用并聯(lián)電缸選擇的同步帶具有強(qiáng)度高、間隙小、壽命長的特點。整個電動缸具有較高的控制和控制精度。
三、電動缸的主要特點
由于其獨特的性能特點，電動缸在許多工業(yè)場合得到了逐步推廣和應(yīng)用。作為一種新型機(jī)電一體化產(chǎn)品，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
1。節(jié)能、清潔、壽命長、操作維護(hù)簡單，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。伺服電動缸不易受環(huán)境溫度的影響，在低溫、高溫、雨雪等惡劣環(huán)境下能正常工作，無故障。防護(hù)等級達(dá)到IP66。密封件防止污染外缸污垢和水，防止內(nèi)潤滑油泄漏，長期工作，并達(dá)到高強(qiáng)度、高速度、高精度定位、運動平穩(wěn)、低噪音的目的。
2。傳輸效率高。采用精密滾珠絲杠或行星滾珠絲杠等精密傳動元件的電動缸，消除了許多復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其傳動效率得到了很大的提高。這些類型的電動缸傳動效率可達(dá)到90以上。
3。定位精度高。滾珠絲杠伺服電動缸通過伺服控制，可實現(xiàn)0.01mm的精確定位，定位精度高，適用于精度要求高的場合。
場合。在半閉環(huán)系統(tǒng)中，電動缸可以達(dá)到很高的定位精度，而液壓缸和液壓缸必須采用全閉環(huán)控制系統(tǒng)才能達(dá)到同樣的定位精度。
4。結(jié)構(gòu)簡單，空間小，維修方便。電動缸主要由電機(jī)和螺母螺桿機(jī)構(gòu)組成。機(jī)構(gòu)簡單小巧，不占用太多工作空間。由于其結(jié)構(gòu)簡單，在發(fā)生故障時很容易找到故障原因，平時的維修也很方便。
5。高可靠性和安全性。電動缸可配備先進(jìn)的傳感器系統(tǒng)和各種行程控制裝置，檢測和反饋電動缸的工作狀態(tài)，防止事故發(fā)生。
6。運行穩(wěn)定，使用壽命長。電動缸采用滾珠絲杠或行星滾子絲杠時，傳動部分的摩擦?xí)蟠鬁p小，有利于減少材料磨損，提高運行穩(wěn)定性，延長使用壽命。
7。響應(yīng)速度快，直線運行速度可調(diào)范圍廣，低速運行穩(wěn)定。液壓缸的工作速度一般只能達(dá)到35mm/s，而普通電動缸的工作速度一般可以達(dá)到55mm/s，采用行星滾子螺桿的電動缸速度甚至可以達(dá)到2000mm/s，速度優(yōu)勢非常明顯。此外，液壓缸容易低速爬行，電動缸也不具備這一缺點。
8?？刂茰?zhǔn)確，同步性好。當(dāng)需要多驅(qū)動同步時，由于多個獨立液壓缸或多個獨立液壓缸的控制回路頻率特性是一致的，很難用液壓缸或液壓缸實現(xiàn)高精度同步。
這是一件非常困難的事。然而，由于電力系統(tǒng)的頻率特性相對容易達(dá)到一致性，因此使用多個電缸很容易實現(xiàn)同步。
9。電動缸也可以代替一些液壓缸和氣動缸。實現(xiàn)直線傳動的主要部件包括電動缸、液壓缸和液壓缸。主要差異如下表所示。通過對比可以看出，電動缸比液壓缸和油缸結(jié)構(gòu)簡單，受溫度波動的影響較小。
它可以代替液壓缸和氣壓缸，因而比傳統(tǒng)技術(shù)具有更大的優(yōu)勢。它有許多獨特的設(shè)計，使液壓和氣壓缸變得流行，以及更清潔、更簡單和更節(jié)能的動力傳輸能力。同時，執(zhí)行器還可以更容易地集成到可編程控制系統(tǒng)中，因此精度更高，噪聲更小。
四、電動缸工作原理
電動缸的工作原理是用電作為直接動力源，用各種電機(jī)（如交流伺服電機(jī)、步進(jìn)伺服電機(jī)、直流伺服電機(jī)）驅(qū)動不同形式的螺桿（或螺母）旋轉(zhuǎn)。并通過構(gòu)件之間的螺旋運動變成螺母（或絲桿）的直線運動，然后由螺母（或絲桿）帶動氣缸或負(fù)載做往復(fù)直線運動。傳統(tǒng)的電動缸一般采用電動機(jī)驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)，通過構(gòu)件間的螺旋運動將其轉(zhuǎn)化為螺母的直線運動。近年來，出現(xiàn)的“螺母反向過渡”電動缸（如整體式行星滾子螺桿電動缸）采用的是相反的驅(qū)動方式，即通過部件之間的螺旋運動，驅(qū)動螺母旋轉(zhuǎn)，并將其轉(zhuǎn)化為線棒的直線運動。
4.1。運動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)
電動缸主要采用螺桿傳動機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動。絲杠傳動主要包括螺母絲杠傳動、滾珠絲杠傳動和行星滾子絲杠傳動。普通螺桿機(jī)構(gòu)由于摩擦阻力大、傳動效率低等缺點逐漸被淘汰。目前，滾珠絲杠傳動和行星滾子絲杠傳動普遍采用。
滾珠絲杠副是電動缸中最常用的傳動部件之一。其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，或?qū)⑥D(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成軸向重復(fù)力，具有高精度、可逆性和高效率。特色。由于滾珠絲杠的螺桿軸和螺桿螺母之間有許多滾珠滾動，因此使用滾珠絲杠的電動缸可以獲得更高的運動效率。
4.2。減速機(jī)構(gòu)
電動缸減速機(jī)構(gòu)可選用同步帶、行星齒輪減速器和諧波齒輪減速器。
同步帶傳動由內(nèi)周長面等間距齒圈和相應(yīng)重合輪組成。它結(jié)合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。同步帶傳動主要用于再入電動缸。同步帶傳動具有傳動精度高、傳動比恒定、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點。有些電動缸在減速裝置的選擇上采用行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。行星齒輪變速器是一個或多個行星輪的軸線圍繞中心輪的固定軸旋轉(zhuǎn)的齒輪傳動裝置。行星齒輪傳動具有體積小、質(zhì)量輕、承載能力高等優(yōu)點。諧波齒輪減速器也是常用的電動缸減速裝置之一。所謂諧波傳動，是指通過中間柔性構(gòu)件的彈性變形實現(xiàn)傳遞的一種裝置。諧波齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、承載能力大、傳動比大、運動精度高、齒面磨損小而均勻等優(yōu)點。
4.3。控制系統(tǒng)
伺服電動缸的核心部件是伺服電機(jī)。電動缸系統(tǒng)采用伺服電機(jī)的閉環(huán)控制特性。伺服電機(jī)驅(qū)動本身也有各種控制模式，如位移、速度和扭矩。然而，為了控制策略的自由度和多樣性，以實現(xiàn)位移、速度和加速度曲線質(zhì)量的優(yōu)化，利用PC、運動控制器或PLC、執(zhí)行和輔助單元建立開放式控制系統(tǒng)，采用閉環(huán)控制進(jìn)一步提高了控制品質(zhì)。該技術(shù)與計算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)伺服油缸推桿位移、速度、推力、加速度的高精度動態(tài)閉環(huán)控制，為伺服油缸控制提供了技術(shù)依據(jù)。運用現(xiàn)代運動控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)程序化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化控制。
電動缸主要由伺服電機(jī)、電動缸體、傳動裝置和位置反饋裝置組成。其主要功能是利用PC機(jī)或HMI輸入控制命令信號到運動控制卡或運動控制器，然后通過設(shè)置運動指令、插值算法、路徑規(guī)劃等向伺服驅(qū)動器發(fā)送指令。伺服驅(qū)動器根據(jù)指令驅(qū)動伺服電機(jī)。通過減速器、變速齒輪傳動或同步帶機(jī)構(gòu)帶動滾珠絲杠副旋轉(zhuǎn)；線桿螺母的徑向極限由線桿的旋轉(zhuǎn)力帶動，與推桿作往復(fù)直線運動。在線棒端部安裝多圈絕對值編碼器作為位置反饋裝置，也可使用伺服電機(jī)。編碼器作為位置反饋和推桿位置的實時反饋。實時讀取氣缸上的編碼器反饋值，得到氣缸的實際位置，上傳到PC機(jī)或HMI進(jìn)行顯示監(jiān)控。具有手動功能、應(yīng)急設(shè)備、鎖定功能、限位、報警功能。
伺服控制主要解決位置控制問題，要求系統(tǒng)具有精確跟蹤位置指令的能力。對于伺服系統(tǒng)，位置指令是一個隨機(jī)變量。該系統(tǒng)必須具有良好的跟蹤性能，才能準(zhǔn)確跟蹤給定位置的變化，確保電動缸推桿準(zhǔn)確跟蹤給定指令。
因此，利用伺服電機(jī)的反饋信號，在驅(qū)動器外部和運動控制器之間建立數(shù)字閉環(huán)，控制器采用pid算法和超前補(bǔ)償方法，實現(xiàn)了pid參數(shù)的快速調(diào)整，進(jìn)一步提高了伺服跟蹤精度。在復(fù)雜指令下，伺服電缸推桿的相位延遲和振幅誤差明顯改善，對提前設(shè)定伺服運行軌跡具有參考價值。
五、電動缸的發(fā)展趨勢
電動缸的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，市場也越來越大。隨著工廠自動化要求的逐步提高，越來越多的企業(yè)將投資于電動缸的研發(fā)。今后電動缸的發(fā)展趨勢主要集中在以下幾點：
1。高精度。目前，采用滾珠絲杠傳動的伺服電動缸，通過伺服控制可以實現(xiàn)0.01mm的精確定位。然而，許多精密設(shè)備要求直線傳動系統(tǒng)能實現(xiàn)0.001毫米的精密定位，而目前的電動缸不能達(dá)到這種精度。因此，通過發(fā)展伺服控制技術(shù)，探索新的傳動形式，使電動缸具有更高的精度，以滿足高精度設(shè)備的要求。此外，采用先進(jìn)的外部傳感器也是提高電動缸精度的重要方法。重復(fù)定位精度可達(dá)到0.02mm，但增加一個外部位移傳感器（如網(wǎng)格尺），控制精度可達(dá)到0.005mm。
2.新的傳動機(jī)構(gòu)。在某些情況下，如果直線運動較大且承載力較高，則需要較長的燈絲或螺母。同時，還需要較長的軋輥來增加嚙合點的數(shù)量，這增加了制造的難度。因此，有必要開發(fā)新的傳輸形式，以滿足特殊場合的需要。
3。高負(fù)荷。鍛壓設(shè)備和大型軍用設(shè)備需要更多的承載能力裝置，但目前電動缸的最大承載能力一般低于液壓缸。螺桿傳動機(jī)構(gòu)是電動缸的主要承載機(jī)構(gòu)。隨著螺桿傳動機(jī)構(gòu)生產(chǎn)技術(shù)和材料的發(fā)展，電動缸的承載能力將大大提高。
4。開發(fā)適用于電動缸的伺服電機(jī)技術(shù)。伺服電機(jī)的性能直接影響電動缸的性能。電動缸有自己的工作特性。開發(fā)適用于電動缸的伺服電機(jī)驅(qū)動技術(shù)，對推動電動缸的發(fā)展具有重要意義。例如，GSM系列電動缸在伺服電機(jī)驅(qū)動技術(shù)上進(jìn)行了改進(jìn)。其內(nèi)置伺服電機(jī)采用t-lam定子分段疊層設(shè)計技術(shù)。該電機(jī)具有很低的熱輸出，輸出轉(zhuǎn)矩是同體積傳統(tǒng)伺服電機(jī)的35倍。此外，隨著永磁無刷電機(jī)控制器在一些先進(jìn)控制方法（如模糊控制、專家系統(tǒng)等）中的引入和先進(jìn)檢測技術(shù)的發(fā)展，永磁無刷電機(jī)的性能也將大大提高，從而促進(jìn)了電動缸的發(fā)展。
5。高比率。目前，電動缸的轉(zhuǎn)速主要由驅(qū)動電機(jī)決定。隨著驅(qū)動電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電動缸的轉(zhuǎn)速也將大大提高。另外，由于滾珠在高速運動時會發(fā)生碰撞，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速一般可以在2000r/min以下，現(xiàn)在高性能電機(jī)的轉(zhuǎn)速在3000r/min以上，將開發(fā)滾珠絲杠傳動，實現(xiàn)電動缸的高速運轉(zhuǎn)。
6.小型化和集成化。隨著電動缸技術(shù)的發(fā)展，電動缸傳動部分將實現(xiàn)一體化設(shè)計，電動缸的尺寸將越來越小，占用的安裝空間也越來越小。例如excar的gs系列電動缸，該系列電動缸將實現(xiàn)直線運動所需的所有部件集成為一個封閉單元，直接實現(xiàn)直線運動，比傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)直線運動機(jī)構(gòu)小得多。此外，電動缸還將與設(shè)備設(shè)計相結(jié)合，使其能更好地滿足設(shè)備的需要。
7。數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。電動缸將實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制，以滿足未來生產(chǎn)模式的需要。下圖中的六自由度電動平臺通過同一網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)同時控制六個電動缸，使它們協(xié)同工作。電氣平臺還可以與其他外部設(shè)備連接，整個平臺可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化控制。
8。更長的工作時間。目前常用的電動缸多為單級傳動，但在許多情況下，單級電動缸不能滿足設(shè)備工作進(jìn)度的要求。因此，電動缸將朝著多級化方向發(fā)展，以實現(xiàn)更長的工作行程.