直线电机在数控机床中的应用

   直线电机的历史可以追溯到 1840 年惠斯登制作的并不成功的略现雏形的直线电机，
其后的 160

 

多年中直线电机经历了探索实验、开发应用和使用商品化三个时期。

    1971 年至目前，直线电机终于进入独立应用的时期，各类直线电机的应用得到了迅
速的推广，制成了许多有实用价值的装置和产品，例如直线电机驱动的钢管输送机、运煤
机、各种电动门、电动窗等。利用直线电机驱动的磁悬浮列车，速度已超过 500km/h，接

 

近了航空飞行的速度。
    我国的直线电机的研究和应用是从 20 世纪 70 年代初开始的。目前主要成果有工厂行
车、电磁锤、冲压机等。我国直线电机研究虽然也取得了一些成绩，但与国外相比，其推广

 

应用方面尚存在很大的差距。目前，国内不少研究单位已注意到这一点。
直线电机在数控机床上应用的现状 

 

近几年，国际上对数控机床采用直线电机显得特别热门，其原因是：
    为了提高生产效率和改善零件的加工质量而发展的高速和超高速加工现已成为机床发
展的一个重大趋势，一个反应灵敏、高速、轻便的驱动系统，速度要提高到 40～
50m/min

“

 

”

以上。传统的 旋转电机 滚珠丝杠 的传动形式所能达到的最高进给速度为

30m/min，加速度仅为 3m/s2。直线电机驱动工作台，其速度是传统传动方式的 30 倍，
加速度是传统传动方式的 10 倍，最大可达 10g；刚度提高了 7 倍；直线电机直接驱动
的工作台无反向工作死区；由于电机惯量小，所以由其构成的直线伺服系统可以达到较

 

高的频率响应。
    1993 年，德国 ZxCell-O 公司推出了世界上第一个由直线电机驱动的工作台 HSC-
240 型高速加工中心，机床主轴最高速达到 24000r/min，最大进给速度为 60n/min，
加速度达到 1g，当进给速度为 20m/min 时，其轮廓精度可达 0.004mm。美国的
Ingersoll 公 司 紧 接 着 推 出 了 HVM-800 型 高 速 加 工 中 心 ， 主 轴 最 高 转 速 为
20000r/min，最大进给速度为 75.20m/min  

。

    1996 年开始，日本相继研制成功采用直线电机的卧式加工中心、高速机床、超高速小
型加工中心、超精密镜面加工机床、高速成形机床等[1]  

。

    我国浙江大学研制了一种由直线电机驱动的冲压机，浙江大学生产工程研究所设计了
用圆筒型直线电机驱动的并联机构坐标测量机[2]。2001 年南京四开公司推出了自行开发
的采用直线电机直接驱动的数控直线电机车床，2003 年第 8 届中国国际机床展览会上，
展出北京电院高技术股份公司推出的 VS1250 直线电机取得的加工中心，该机床主轴最
高转速达 15000r/min  

。

直线电机的工作原理 
    直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传
动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成，如图１所示。