一、直线电机及其驱动技术

现代先进的驱动技术主要分为两大类：一类为电磁式的，另一类则为非电磁式的。电磁类的现代先进的驱动技术主要由现代电磁类驱动器与现代控制系统组成，它的驱动器包括传统改进型的电磁驱动器与新发展型的电磁驱动器。它们中有旋转的、直线的、磁浮的、电磁发射的等等。直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需通过中问任何转换装置的新颖电机，它具有系统结构简单、磨损少、噪声低、组合性强、维护方便等优点。旋转电机所具有的品种，直线电机几乎都有相对应的品种直线电机结构示意图如下图所示。直线电机是将传统圆筒型电机的初级展开拉直，变初级的封闭磁场为开放磁场，而旋转电机的定子部分变为直线电机的初级，旋转电机的转子部分变为直线电机的次级。如果初级是固定不动的，次级就能沿着行波磁场运动的方向做直线运动。即可实现高速机床的直线电机直接驱动的进给方式，把直线电机的初级和次级分别直接安装在高速机床的工作台与床身上。由于这种进给传动方式的传动链缩短为0，被称为机床进给系统的“零传动”。

二、与“旋转伺服电机+滚珠丝杠”传动方式相比较

直线电机直接驱动有以下优点：

（1）高速度，目前最大进给速度可达～m／min。

（2）高加速度，可高达2g～10g。

（3）定位精度高，由于只能采用闭环控制，其理论定位精度可以为0，但由于存在检测元件安装、测量误差，实际定位精度不可能为0。最高定位精度可达0．1～0．01m。

（4）行程不受限制，由于直线电机的次级（定子）可以一段一段地铺在机床床身上，不论有多远，对系统的刚度不会产生影响

案例：

1）高速加工中心替代高速铣床加工

美国CincinnatiMilacron公司为航空工业生产了一台HyperMach大型高速加工中心，主轴转速为r／min，主电机功率为80kW。直线进给采用了直线电机，其轴行程长达46m，工作台快速行程为m／min，加速度达2g。在这种机床上加工一个大型薄壁飞机零件只需30min；而同样的零件在一般高速铣床上加工，费时3h；在普通数控铣床上加工，则需8h，优势相当明显。

2）非球面车磨复合加工中心

采用高速主轴，高精度直线电机驱动工作台，气浮导轨支撑，其中车刀采用单点金刚石车刀，高速空气磨头采用斜置非常适用于微小非球面模具的加工，工作台3轴联动，直接兼容G代码，系统框图如上图工控机上安装开放式数控系统，X,Y,Z与工控机采用火线连接，每个轴的光栅尺信号闭环反馈至驱动器，三轴联动，主轴单独启动，整机由操作面板统一控制。同时配置在位测量装置，可在工件加工后，不取下工件的前提下，直接在位测量，避免了工件重复装夹，定位基准不同所产生的附加误差，然后将测得的工件的形状位置误差补偿入加工程序，从而进一步提高工件精度。

三、投资成本优势：

目前，采用直线电机驱动技术的机床是日本机床生产商供应的主流实用机床。欧美西方工业大国的机床制造厂商也大量应用直线电机驱动技术，著名的有DMG、Sodiek、Kings—bury、Anorad、Jobs和ForestLine等公司。德国DMG公司展品多为直线电机驱动。大批高性能加工中心采用了直线电机直接驱动技术。使用直线电机比用滚珠丝杆传动的成本已从l0年前的高30％，降低到目前只高15％～20％，普遍认为用户可以节省运行成本20％以上，从而可以及时收回附加投资。JOBS公司认为有一半以上的机床采用直线电机在技术上和经济上都是值得的。

四、未来展望：

直线电机驱动技术与数控机床制造的结合大大促进了世界制造业的发展，大大提高了加工精度和加工效率。直线电机进给系统是一种能把电能直接转换成直线运动的机械能，且不需要任何中间传动环节的驱动装置。通过采用直线电机驱动技术使得在高速移动中获得高的定位精度成为现实，有效克服通过传统旋转电机进行驱动时，机械传动机构传动链较长、体积大、效率低、能耗高、精度差等缺点。所以，直线电机驱动技术将是高速数控机床未来发展的方向。

文章来源：钧信

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