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功能部件

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摘要：本文论述了直线电机及其驱动控制技术的进

展，在机床中的应用及发展趋势，提出了我国机床行业

加速开发应用直线电机技术的建议。

关键词：数控机床

传动结构

直线电机

驱动控

制

5

引言

数控机床正在向精密、高速、复合、智能、环保的

方向发展。精密和高速加工对传动及其控制提出了更高

的要求，更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度

和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。问题的症结

在传统的传动链从作为动力源的电动机到工作部件要通

过齿轮、蜗轮副，皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中

间传动环节，在这些环节中产生了较大的转动惯量、弹

性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨

损。虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提

高，但 问 题 很 难 从 根 本 上 解 决 ， 于 是 出 现 了 “直 接 传

动”的概念，即取消从电动机到工作部件之间的各种中

间 环 节

657

。 随 着 电 机 及 其 驱 动 控 制 技 术 的 发 展 ， 电 主

轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟，使

主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现

实，并日益显示其巨大的优越性。直线电机及其驱动控

制技术在机床进给驱动上的应用，使机床的传动结构出

现了重大变化，并使机床性能有了新的飞跃。

8

直线电机进给驱动的主要优点

"

进给速度范围宽。可从

5!& 9 *

到

8::& 9 &2(

以上，

目 前 加 工 中 心 的 快 进 速 度 已 达

8:;& 9 &2(

， 而 传

统机床快进速度

<=:& 9 &2(

，一般为

8:>?:& 9 &2(

。

"

速度特性好。速度偏差可达

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以下。

"

加速度大。直线电机最大加速度可达

?:!

，目前

加 工 中 心 的 进 给 加 速 度 已 达

?A8C!

， 激 光 加 工 机

的进给加速度已达

D!

，而传统机床进给加速度在

5!

以下，一般为

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。

"

定位精度高。采用光栅闭环控制，定位精度可达

:A5>:A:5!&

。应用前馈控制的直线电机驱动系统

可减少跟踪误差

8::

倍以上。由于运动部件的动

态特性好，响应灵敏，加上插补控制的精细化，

可实现纳米级控制。

"

行程不受限制。传统的丝杠传动受丝杠制造工艺

限 制 ， 一 般

C>=&

， 更 长 的 行 程 需 要 接 长 丝 杠 ，

无论从制造工艺还是在性能上都不理想。而采用

直线电机驱动，定子可无限加长，且制造工艺简

单，已有大型高速加工中心

"

轴长达

C:&

以上。

"

结 构 简 单 、 运 动 平 稳 、 噪 声 小 ， 运 动 部 件 摩 擦

小、磨损小、使用寿命长、安全可靠。

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直线电机及其驱动控制技术的进展

直线电机与普通电机在原理上类似，它只是电机圆

直线电机在数控机床中的应用及发展趋势

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李绪成

（北京机电院高技术股份有限公司，北京

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）

图

5

直线电机直接传动结构的一种示例

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