隨著航空航天、汽車制造、模具加工、電子制造行業(yè)等領(lǐng)域?qū)Ω咝实剡M(jìn)行加工的要求越來(lái)越高，需要大量高速數(shù)控機(jī)床。機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)是高速機(jī)床的主要功能部件。而直線電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動(dòng)方式存在的彈性變形大、響應(yīng)速度慢、存在反向間隙、易磨損等先天性的缺點(diǎn)，并具有速度高、加速度大、定位精度高、行程長(zhǎng)度不受限制等優(yōu)點(diǎn)，令其在數(shù)控機(jī)床高速進(jìn)給系統(tǒng)領(lǐng)域逐漸發(fā)展為主導(dǎo)方向。

　　直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)

　　現(xiàn)代先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要分為兩大類：一類為電磁式的，另一類則為非電磁式的。

　　電磁類的現(xiàn)代先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要由現(xiàn)代電磁類驅(qū)動(dòng)器與現(xiàn)代控制系統(tǒng)組成，它的驅(qū)動(dòng)器包括傳統(tǒng)改進(jìn)型的電磁驅(qū)動(dòng)器與新發(fā)展型的電磁驅(qū)動(dòng)器。它們中有旋轉(zhuǎn)的、直線的、磁浮的、電磁發(fā)射的等等。除了在一般通用電機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)獲得的電機(jī)技術(shù)外，還有更多的是在通用電機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的新型電機(jī)技術(shù)，如直線電機(jī)技術(shù)、無(wú)刷直流電機(jī)技術(shù)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)技術(shù)和各種新型永磁電機(jī)技術(shù)等。

　　直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能而不需通過(guò)中問(wèn)任何轉(zhuǎn)換裝置的新穎電機(jī)，它具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、磨損少、噪聲低、組合性強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)所具有的品種，直線電機(jī)幾乎都有相對(duì)應(yīng)的品種，其應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，并在一些它所能獨(dú)特發(fā)揮作用的地方取得了令人滿意的效果。

　　直線電機(jī)是將傳統(tǒng)圓筒型電機(jī)的初級(jí)展開(kāi)拉直，變初級(jí)的封閉磁場(chǎng)為開(kāi)放磁場(chǎng)，而旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子部分變?yōu)橹本€電機(jī)的初級(jí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分變?yōu)橹本€電機(jī)的次級(jí)。在電機(jī)的三相繞組中通入三相對(duì)稱正弦電流后，在初級(jí)和次級(jí)間產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，氣隙磁場(chǎng)的分布情況與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相似，沿展開(kāi)的直線方向呈正弦分布。當(dāng)三相電流隨時(shí)問(wèn)變化時(shí)，使氣隙磁場(chǎng)按定向相序沿直線移動(dòng)，這個(gè)氣隙磁場(chǎng)稱為行波磁場(chǎng)。當(dāng)次級(jí)的感應(yīng)電流和氣隙磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生了電磁推力，如果初級(jí)是固定不動(dòng)的，次級(jí)就能沿著行波磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的方向做直線運(yùn)動(dòng)。即可實(shí)現(xiàn)高速機(jī)床的直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給方式，把直線電機(jī)的初級(jí)和次級(jí)分別直接安裝在高速機(jī)床的工作臺(tái)與床身上。由于這種進(jìn)給傳動(dòng)方式的傳動(dòng)鏈縮短為0，被稱為機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的“零傳動(dòng)”。

　　與“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠”傳動(dòng)方式相比較，直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)高速度，目前最大進(jìn)給速度可達(dá)100～200m/min。(2)高加速度，可高達(dá)2g～10g。(3)定位精度高，由于只能采用閉環(huán)控制，其理論定位精度可以為0，但由于存在檢測(cè)元件安裝、測(cè)量誤差，實(shí)際定位精度不可能為0。最高定位精度可達(dá)0.1～0.01m。(4)行程不受限制，由于直線電機(jī)的次級(jí)(定子)可以一段一段地鋪在機(jī)床床身上，不論有多遠(yuǎn)，對(duì)系統(tǒng)的剛度不會(huì)產(chǎn)生影響。例如，美國(guó)CincinnatiMilacron公司為航空工業(yè)生產(chǎn)了一臺(tái)HyperMach大型高速加工中心，主軸轉(zhuǎn)速為60000r/min，主電機(jī)功率為80kW。直線進(jìn)給采用了直線電機(jī)，其軸行程長(zhǎng)達(dá)46m，工作臺(tái)快速行程為100m/min，加速度達(dá)2g。在這種機(jī)床上加工一個(gè)大型薄壁飛機(jī)零件只需30min;而同樣的零件在一般高速銑床上加工，費(fèi)時(shí)3h;在普通數(shù)控銑床上加工，則需8h，優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯[1]。