直線電機(jī)模組在機(jī)床中的廣泛應(yīng)用

基于近乎理想的進(jìn)給傳動(dòng)方式，直線電機(jī)漸漸取代了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，以先驅(qū)之姿超越了其他伺服電機(jī)而廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域中并得到了快速的發(fā)展。而在機(jī)床行業(yè)中，直線電機(jī)正掀起一場勢不可擋的革命熱潮。

機(jī)床是先進(jìn)制造技術(shù)的載體和裝備工業(yè)的基本生產(chǎn)手段，是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備，主要為汽車、軍工、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械、電力設(shè)備、鐵路機(jī)車、船舶等行業(yè)服務(wù)。我國已連續(xù)幾年成為世界最大的機(jī)床消費(fèi)國和機(jī)床進(jìn)口國，是世界第三大機(jī)床生產(chǎn)國。

在機(jī)床行業(yè)里數(shù)控機(jī)床正在向精密、高速、復(fù)合、智能、環(huán)保的方向發(fā)展。精密和高速加工對(duì)傳動(dòng)及其控制提出了更高的要求，更高的動(dòng)態(tài)特性和控制精度，更高的進(jìn)給速度和加速度，更低的振動(dòng)噪聲和更小的磨損。

問題在于傳統(tǒng)的傳動(dòng)鏈從作為動(dòng)力源的電動(dòng)機(jī)到工作部件要通過齒輪、蝸輪副，皮帶、絲杠副、聯(lián)軸器、離合器等中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，在些環(huán)節(jié)中產(chǎn)生了較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、彈性變形、反向間隙、運(yùn)動(dòng)滯后、摩擦、振動(dòng)、噪聲及磨損。雖然在這些方面通過不斷的改進(jìn)使傳動(dòng)性能有所提高，但問題很難從根本上解決，于是出現(xiàn)了“直接傳動(dòng)”的概念，即取消從電動(dòng)機(jī)到工作部件之間的各種中間環(huán)節(jié)。隨著電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，電主軸、直線電機(jī)、力矩電機(jī)的出現(xiàn)和技術(shù)的日益成熟，使主軸、直線和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的“直接傳動(dòng)”概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并日益顯示其巨大的優(yōu)越性。

直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)上的應(yīng)用，使機(jī)床的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了重大變化，并使機(jī)床性能有了新的飛躍。

直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)：1、進(jìn)給速度范圍寬。2、速度特性好，3、加速度大，4、定位精度高。5、行程不受限制，6、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小，運(yùn)動(dòng)部件摩擦小、磨損小、使用壽命長、安全可靠。

傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)組成的數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)一般包含：伺服電機(jī)+軸承+聯(lián)軸器+絲杠+構(gòu)成該系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)等等，這樣的系統(tǒng)組成零件比較多，也比較復(fù)雜。這樣的一套系統(tǒng)，其慣性質(zhì)量大，動(dòng)態(tài)性能的提高當(dāng)然也就受到了很大的限制。更要命的是這些中間結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的彈性變形、摩擦損耗以及難以消除，且隨著使用時(shí)間的增加該弊端會(huì)越來越突出，造成定位的滯后和非線性誤差，從硬件上嚴(yán)重影響了加工精度。

而近幾年的永磁直線同步電機(jī)打破了傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠”的傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)了“零傳動(dòng)”。通過電磁效應(yīng)，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，消除了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、彈性形變、反向間隙、摩擦、振動(dòng)、噪音及磨損等不利因素，極大地提高了伺服系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力和控制精度。接下來我們來了解一下機(jī)床利用直線電機(jī)的發(fā)展歷程。

機(jī)床利用直線電機(jī)發(fā)展歷程

1993年，德國Eｘ-CELL-O公司推出一臺(tái)加工中心HSC-240，采用的是直線電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這是世界上第一臺(tái)直線電機(jī)機(jī)床。此后，直線電機(jī)逐漸的應(yīng)用到各種機(jī)床中。

1996年，日本的沙迪克公司著手開發(fā)電火花成型機(jī)，終于開發(fā)出專門的直線電機(jī)及與其匹配的數(shù)控系統(tǒng)，沒過多久，他們又將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到電火花切割機(jī)上。此外，日本的松浦機(jī)械所、東京芝浦電氣、森精機(jī)制作所和新日本工機(jī)等公司也研發(fā)出性能各異的直線電機(jī)機(jī)床。

1999年，意大利JOBS公司開發(fā)出龍口加工中心LinX，隨后開始全面生產(chǎn)LinX系列產(chǎn)品。

2003年，這款產(chǎn)品占公司總產(chǎn)量的比值為60%，因此成為公司的主要利潤來源。法國RenaultAutomotion公司生產(chǎn)的rene20和rene25系列的加工中心坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)均利用的是直線電機(jī)。

要探討直線電機(jī)機(jī)床領(lǐng)域一定要提到美國，美國的直線電機(jī)機(jī)床最大的優(yōu)勢在于其超精密加工，這項(xiàng)技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位。美國Precitech公司生產(chǎn)的超精密機(jī)床Ｎanoform200、Freeform700等均使用的直線電機(jī)，而且加工精度值得信賴，更為重要的一點(diǎn)是Precitech公司首先將直線電機(jī)作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

直線電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)及其機(jī)床產(chǎn)品均出現(xiàn)在2001年的歐洲機(jī)床展、2002年的日本機(jī)床展以及2004年的美國機(jī)床展。目前，世界上直線伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要供應(yīng)商有：Siemens、Indramat、FANUC、三菱、安川、富士、日立、Anorad、AerMech、Baldor、Copley、ETEL、LK和Kollmogen等。

由此可見，機(jī)床利用直線電機(jī)的案例已經(jīng)不是第一次，今后的發(fā)展里，直線電機(jī)也將會(huì)擔(dān)任起越來越重要的角色。

德瑪特直線電機(jī)