直线电机在高档数控机床上的应用现状

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1、直线电机在高档数控机床上的应用现状ApplicationofLinearMotorinHigh-EndNCMachineTool北京交通大学机械与电子控制工程学院张倩万里冰清华大学机械工程学院赵彤张倩北京交通大学机械与电子工程学院机械电子专业研究生。研究方向为传感与检测技术。目前参与的课题有：清华大学机械学系与南通科技投资集团股份有限公司联合开展的攻关项目“数控机床双丝杠及直线电机驱动高速进给系统研究与应用”。高档数控机床一般是指具有高速、高精度和多轴加工能力的机床。这就要求高档数控机床的进给驱动系统必

2、须具备很高的加速度，来实现高的进给效率。但传统数控机床的驱动系统大都采用旋转电机通过中间转换装置(例如链条、钢丝绳、传动带、齿条或丝杆等机构)转换为直线52航空制造技术·2013年第5期直线电机进给系统采用零传动方式，彻底改变了传统的滚珠丝杠传动方式存在先天性缺点，并具有速度高、加速度大、定位精度高、行程长度不受限制等优点，令其在数控机床高速进给系统领域逐渐发展为主导方向，成为现代制造业设备中的理想驱动部件，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。运动的。由于这些装置或系统有中间转化传

3、动机构，所以整机存在体积大、效率低、精度低等问题。而直线电机进给系统采用零传动方式，彻底改变了传统的滚珠丝杠传动方式存在先天性缺点，并具有速度高、加速度大、定位精度高、行程长度不受限制等优点，令其在数控机床高速进给系统领域逐渐发展为主导方向，成为现代制造业设备中的理想驱动部件，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。直线电机在机床上的应用优势直线电机可以直接驱动刀具工作台，这样就取消了驱动电机和工作台之间的一切中间传动环节，从而克服了传统驱动方式的传动环节带来的缺点，提高了机床的动态灵

4、敏度、加工精度和可靠性。与传统旋转电机相比，直线电机有其显著的优势：(1)高速响应性。丝杠等机械传动机构的取消，使整个闭环伺服系统的动态性能大大提高。直线电动机用于机床进给的驱动中，超高速切削的最大进给速度可达120—250m／min，加速度可达到2～1吲”。(2)高精度性。机械传动链的取消，消除了机械变速机构所带来的一些不良影响，如摩擦、机械后冲、弹性变形等对系统伺服性能的影响口]。(3)行程不受限制网。传统的丝杠传动受丝杠制造工艺限制，一般为4～6m，更长的行程需要接长丝杠，而采FutureMach

5、ineTbol未来机床用直线电机驱动，理论上定子可无限加长，且制造工艺简单，现已有大型高速加工中心x轴长达40m以上。国内外直线电机在机床行业中的应用与发展1国外现状直线电机的历史最早可追溯到1840年Wheatstone开始提出和制作了略具雏形但并不成功的直线电机。在国外，直线电机在机床业的应用甚至成为一种“热点”，得到了广泛关注。目前世界上直线伺服电机及其驱动系统的知名供应商有：德国Siemens公司、Indramat公司，日本Fanuc公司、三菱公司，美国Anomd公司、科尔摩根公司，瑞士ETEL

6、公司。美国Anorad公司是国际上最大的直线电机供应商之一，80年代初其自行研制的正弦波永磁交流直线电机和方波无刷直流直线电机已在Ingersoll公司的高速加工中心HVM800和HVM600上获得成功应用，其最大进给速度为76．2m／min，加速度为l～1．59f4]。这轰动了当时国际机床届，被誉为世界机床技术的新高峰。日本Fanuc公司采用美国Anorad的转让技术生产的具有代表性的产品为L17000C3／2is，其最大推力17000N，最大速度240m／min，最大加速度309。德国Siemens

7、公司设计的IFN3系列电机，最大进给力为20．7kN，速度为836m／min，其驱动器设计紧凑，可进行无磨损的力传输，适用于高速铣床、曲轴车床、超精密车床、磨床、激光车床等。世界机床展是机床行业的盛会，聚集着各个国家先进的机床产品，在近几年的展会上，采用直线电机驱动技术的机床成为主流实用机床。第26届JIMTOF上，作为日本主要机床制造之一的山崎马扎克，展出的复合加工机床HYPERVARIAXIS630为直线电动机驱动的5轴立式加工中心，在5轴联动加工工件的基础上，提高了快速进给速度，总体加工时间可以缩

8、短30％～40％，由于采用直线电动机驱动，能够保持很好的刚性，进一步提高了加工精度。HYPERVARIAXIS630适合加工飞机和发电设备等使用的叶轮等零件及汽车零部件，可加工直径730ram×高度(长度)500mm、重量500kg以下的工件。且其根据人体工程学进行设计，使操作更加方便，为此还获得了日本国内的一些奖项。2011年欧洲机床展上，DMG和MoilSeiki交叉换股合作，首次展出SPRINT42／8linear。新型SPRINT4