1前言

　　隨著電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，高速度多功能的或?qū)Ｓ玫奈⑻幚砥骷靶盘?hào)處理器的大量涌現(xiàn)(如DSP)，直線電機(jī)在機(jī)床領(lǐng)域的應(yīng)用迎來了它的高潮。從1996年的美國(guó)芝加哥機(jī)床展覽會(huì)IMTS`96，日本第18屆國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)，到1999年巴黎國(guó)際EMO博覽會(huì)等一系列國(guó)際有影響的展覽會(huì)上，美國(guó)的Ingerell milling公司，德國(guó)的西門子(IFNI)，日本三精公司，美國(guó)的Kollmorgen公司等國(guó)際知名企業(yè)向人們展示了直流電機(jī)應(yīng)用于各類機(jī)床的強(qiáng)大的魅力，這預(yù)示著直線電機(jī)開辟的新時(shí)代已經(jīng)到來。

　　2在機(jī)床領(lǐng)域的應(yīng)用

　　為了提高生產(chǎn)效率和改善零件的加工質(zhì)量而發(fā)展起來的高速和超高速加工，現(xiàn)在已成為機(jī)床發(fā)展的一個(gè)重大趨勢(shì)。一個(gè)反應(yīng)靈敏、高速輕便的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，速度要提高到40-50m/min以上，加減速也要求提高到25-50m/s2，傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾軸絲杠”的傳動(dòng)形式顯然是不行的，這是由它自身的弱點(diǎn)決定的，因?yàn)橹虚g傳動(dòng)環(huán)節(jié)的存在首先使剛度降低，彈性變形可使系統(tǒng)的階次變高，從而系統(tǒng)的魯棒性降低，伺服性能下降。彈性變形更是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生機(jī)機(jī)械諧振的根源。其次中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的存在，增加了運(yùn)動(dòng)體的慣量，使得位移和速度響應(yīng)變慢。另外諸如間隙死區(qū)、摩擦、誤差積累等因素，使得這種傳統(tǒng)的方式所能達(dá)到的最高進(jìn)給速度為30m/min，加速度僅3m/s2。
　　而直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)所具有的優(yōu)點(diǎn)則恰恰可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)傳動(dòng)方式的不足，其速度是滾軸絲桿副的30倍；加速度是滾軸絲桿副的10倍，最大可達(dá)10g，剛度提高了7倍；另外，直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，所以無反向工作死區(qū)；由于電樞慣量小，所以由其構(gòu)成的直線伺服系統(tǒng)可以達(dá)到較高的頻率響應(yīng)(如100Hz)。
　　通過上述的比較，在高速和超高速精密加工中，直線電機(jī)的應(yīng)用有著廣泛的前景。目前，滿足機(jī)床大推力進(jìn)給部件要求的主要是交流直線電機(jī)，從勵(lì)磁方式分，可分為永磁(同步)式和感應(yīng)(異步)式兩種。永磁式的次級(jí)(定子)是永久磁鋼，在機(jī)床上應(yīng)用時(shí)，需在機(jī)床的床身上鋪設(shè)永久磁鋼，在工作臺(tái)下部反裝著三相通電繞組，形成直線電機(jī)的初級(jí)(動(dòng)件)。而感應(yīng)式初級(jí)與永磁式相同，但其次級(jí)是用電柵條來代替磁鋼，相當(dāng)于把感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的“鼠籠”沿其圓周展開。
　　永磁式直線電機(jī)在單位面積推力、功率因數(shù)、可控性等方面均要優(yōu)于感應(yīng)式，但價(jià)格較昂貴，安裝調(diào)試、防塵等方面均不如感應(yīng)式。美國(guó)Ingersoll銑床公司生產(chǎn)的高速臥式加工中心HVM800的X、Y、Z軸均采用永磁式同步直線電機(jī)，最大進(jìn)給速度為76.2m/min，加速度α=1~1.5g。
　　感應(yīng)式直線電機(jī)在性能上已接近于永磁式電機(jī)的水平，再加上其自身的優(yōu)點(diǎn)，所以越來越受到歡迎。在應(yīng)用方面典型例子是德國(guó)Ex-cell-o公司開發(fā)的XHC240型高速臥式加工中心，三個(gè)進(jìn)給軸均采用Indramat公司的感應(yīng)式直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給部件，快速移動(dòng)速度最高為60m/min，最大加速度為1g。
　　在高速與超高速加工領(lǐng)域中，直線電機(jī)除廣泛應(yīng)用于高速銑床、曲軸車床、超精車床、磨床、激光車床等外，現(xiàn)在比較熱門的研究是將它應(yīng)用于高速化的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，即六軸、三軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床，通過多根滑動(dòng)柱塞的伸縮來控制刀具，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜型面的高速加工。蘇黎世高等工業(yè)大學(xué)開發(fā)出了具有新型結(jié)構(gòu)的六滑塊機(jī)床，它將直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用在該機(jī)床的高效銑削中。另外，俄羅斯的Lapik公司和美國(guó)的Ingersoll公司等均在這方面開展了研究，并且形成了產(chǎn)品。