直线电机在数控机床中的应用及发展趋势

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

、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。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。

二、直线电机进给驱动的主要优点

·进给速度范围宽。可从 1(1)m/s 到 20m/min 以上，目前

的快进速度已

达 208m/min，而传统机床快进速度<60m/min，一般为 20～30m/min

。

·速度特性好。速度偏差可达(1)0.01%

以下。

·加速度大。直线电机最大加速度可达 30g，目前加工中心的进给加速度已达
3.24g，

加工机的进给加速度已达 5g，而·传统机床进给加速度在 1g 以下，

一般为 0.3g

。

·定位精度高。采用光栅闭环控制，定位精度可达 0.1～0.01(1)m。应用前馈控制
的直线电机驱动系统可减少跟踪误差 200 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 4～6m，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 X 轴长达 40m

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。

三、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，它只是电机圆柱面的展开，其种类与传统
电机相同，例如：直流直线电机，交流永磁同步直线电机，交流感应异步直线

电机，步进直线电机等。