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直線電機在機床行業普及，將掀起一場勢不可擋的革命熱潮
- 分類:行業動態
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- 發布時間:2022-06-14
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傳統旋轉電機組成的數控機床伺服系統一般包含：伺服電機+軸承+聯軸器+絲杠+構成該系統的支撐結構等等，這樣的系統組成零件比較多，也比較復雜。這樣的一套系統，其慣性質量大，動態性能的提高當然也就受到了很大的限制。更要命的是這些中間結構在運動過程中產生的彈性變形、摩擦損耗以及難以消除，且隨著使用時間的增加該弊端會越來越突出，造成定位的滯后和非線性誤差，從硬件上嚴重影響了加工精度。?而近幾年的永磁直線同步
直線電機在機床行業普及，將掀起一場勢不可擋的革命熱潮
[Summary]傳統旋轉電機組成的數控機床伺服系統一般包含：伺服電機+軸承+聯軸器+絲杠+構成該系統的支撐結構等等，這樣的系統組成零件比較多，也比較復雜。這樣的一套系統，其慣性質量大，動態性能的提高當然也就受到了很大的限制。更要命的是這些中間結構在運動過程中產生的彈性變形、摩擦損耗以及難以消除，且隨著使用時間的增加該弊端會越來越突出，造成定位的滯后和非線性誤差，從硬件上嚴重影響了加工精度。?而近幾年的永磁直線同步
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詳情
傳統旋轉電機組成的數控機床伺服系統一般包含：伺服電機+軸承+聯軸器+絲杠+構成該系統的支撐結構等等，這樣的系統組成零件比較多，也比較復雜。這樣的一套系統，其慣性質量大 ，動態性能的提高當然也就受到了很大的限制。更要命的是這些中間結構在運動過程中產生的彈性變形、摩擦損耗以及難以消除，且隨著使用時間的增加該弊端會越來越突出，造成定位的滯后和非線性誤差，從硬件上嚴重影響了加工精度。
而近幾年的永磁直線同步電機（PMLSM）這種近乎理想的進給傳動方式，漸漸取代了傳統的旋轉電機，得到了快速的發展。它打破了傳統的“旋轉電機 + 滾珠絲杠”的傳動方式 ，實現了“零傳動”。通過電磁效應，將電能直接轉換成直線運動，不需要任何的中間機構，消除了轉動慣量、彈性形變、反向間隙、摩擦、振動、噪音及磨損等不利因素 ，極大地提高了伺服系統的快速反應能力和控制精度。
機床利用直線電機發展歷程
1993年，德國Eｘ-CELL-O公司推出一臺加工中心HSC-240，采用的是直線電機進行驅動，這是世界上第一臺直線電機機床。此后，直線電機逐漸的應用到各種機床中。
1996年，日本的沙迪克公司著手開發電火花成型機，終于開發出專門的直線電機及與其匹配的數控系統，沒過多久，他們又將這項技術應用到電火花切割機上。此外，日本的松浦機械所、東京芝浦電氣、森精機制作所和新日本工機等公司也研發出性能各異的直線電機機床。
1999年，意大利JOBS公司開發出龍口加工中心LinX，隨后開始全面生產LinX系列產品。
2003年，這款產品占公司總產量的比值為60%，因此成為公司的主要利潤來源。法國Renault Ａutomotion公司生產的rene20和rene25系列的加工中心坐標軸的運動均利用的是直線電機。
要探討直線電機機床領域一定要提到美國，美國的直線電機機床最大的優勢在于其超精密加工，這項技術一直處于世界領先地位。美國Precitech公司生產的超精密機床Ｎanoform200、Freeform700等均使用的直線電機，而且加工精度值得信賴，更為重要的一點是Precitech公司首先將直線電機作為工業標準。
直線電機傳動系統及其機床產品均出現在2001年的歐洲機床展、2002年的日本機床展以及2004年的美國機床展。目前，世界上直線伺服電機及其驅動系統的主要供應商有：
Siemens、Indramat、FANUC、三菱、安川、富士、日立、Ａnorad、ＡerMech、Baldor、Copley、ETEL、Ｌ.Ｄ和Kollmogen等。
國外直線電機伺服系統
對于國內來說，很可憐但也不意外（電機研發和制造一直在后面跑），直線電機應用到機床上還處于初級階段，剛剛起步。許多高校研發出直線電機機床設備。
例如，清華大學研發出永磁直線伺服單元，可長距離運動；浙江大學研發出磨床、沖床、坐標測量機等；國防科學技術大學研發出直線電機刀具，用于在活塞中做非圓切削。同時有些科研單位與企業也研發了采用直線電機驅動的機床。北京機床研究所研制出電火花成型機床。
2001年中國國際機床展覽會上，南京四開公司推出一臺高速數控機床，其Ｘ軸的移動利用直線電機。
2003年中國國際機床展覽會上，北京機電院高技術股份有限公司推出了VS1250加工中心。2006年中國國際金屬加工展會上，深圳市大族激光科技股份有限公司推出激光切割機CLX3015A。
國內直線電機機床方面研究情況
在CIMT2015第十四屆中國國際機床展覽會上的展品中，
STUDER 斯圖特 S141
S141是最新一代數控萬能內圓磨床，其綜合了最新的技術于一身：所有軸都配備了直線驅動裝置；工件臺可自動回轉，以采用軸向平行磨削方式磨削錐度/錐體；最多可配備兩個修整工位，杰出的修整方案滿足任何應用需求；
此外，除日本沙迪克和三菱電機公司4臺展機全部使用直線電機以外，臺灣慶鴻公司兩臺展機也使用了直線電機。日本沙迪克公司使用直線電機已有15年、3萬臺的歷史，10年后的機床坐標精度仍然很好，10年的單向走絲機床殘值也有原值的50 %。
隨著直線電機成本越來越低，這項技術將會在近幾年內，在大部分單向走絲線切割機床上廣泛使用。
直線電機在機床應用上的主要優勢
數控機床正在向精密、高速、復合、智能、環保的方向發展。精密和高速加工對傳動及其控制提出了更高的要求，更高的動態特性和控制精度，更高的進給速度和加速度，更低的振動噪聲和更小的磨損。
問題的癥結在傳統的傳動鏈從作為動力源的電動機到工作部件要通過齒輪、蝸輪副，皮帶、絲杠副、聯軸器、離合器等中間傳動環節，在些環節中產生了較大的轉動慣量、彈性變形、反向間隙、運動滯后、摩擦、振動、噪聲及磨損。
雖然在這些方面通過不斷的改進使傳動性能有所提高，但問題很難從根本上解決，于出現了“直接傳動”的概念，即取消從電動機到工作部件之間的各種中間環節。隨著電機及其驅動控制技術的發展，電主軸、直線電機、力矩電機的出現和技術的日益成熟，使主軸、直線和旋轉坐標運動的“直接傳動”概念變為現實，并日益顯示其巨大的優越性。
直線電機及其驅動控制技術在機床進給驅動上的應用，使機床的傳動結構出現了重大變化，并使機床性能有了新的飛躍。
直線電機進給驅動的主要優點：
1、進給速度范圍寬?？蓮?（1）m/s到20m/min以上，加工中心的快進速度已達208m/min，而傳統機床快進速度<60m/min，一般為20～30m/min。
2、速度特性好。速度偏差可達（1）0.01%以下。
3、加速度大。直線電機最大加速度可達30g，加工中心的進給加速度已達3.24g，激光加工機的進給加速度已達5g，而傳統機床進給加速度在1g以下，一般為0.3g。
4、定位精度高。采用光柵閉環控制，定位精度可達0.1～0.01（1）mm。應用前饋控制的直線電機驅動系統可減少跟蹤誤差200倍以上。由于運動部件的動態特性好，響應靈敏，加上插補控制的精細化，可實現納米級控制。
5、行程不受限制。傳統的絲杠傳動受絲杠制造工藝限制，一般4～6m，更的行程需要接長絲杠，無論從制造工藝還是在性能上都不理想。而采用直線電機驅動，定子可無限加長，且制造工藝簡單，已有大型高速加工中心X軸長達40m以上。
6、結構簡單、運動平穩、噪聲小，運動部件摩擦小、磨損小、使用壽命長、安全可靠。
直線電機及其驅動控制技術的進展表現在以下方面：
（1）性能不斷提高（如推力、速度、加速度、分辨率等）；
（2）體積減小，溫升降低；
（3）品種覆蓋面廣，可滿足不同類型機床的要求；
（4）成本大幅度下降；
（5）安裝和防護簡便；
（6）可靠性好；
（7）包括數控系統在內的配套技術日趨完善；
（8）商品化程度高。
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直線電機行業分析 需求越來越旺盛
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