直线电机在高速机床上的应用

作为装备制造业核心加工设备的数控机床正向高速、高效、高精度、智能化、复合化、环保化方向发展。在高速和超高速加工中，要求高的动态特性和控制精度；瞬间达到高速和在高速运行中瞬间准停；振动小、噪声低、运行平稳；可靠性高、寿命长。在各类线性驱动元部件中，AC直线电动机(AC Linear Motor本文简称AC-LM)是大型、精密、高速数控装备的快速伺服进给系统中能满足上述要求的核心功能部件。其中典型的设备有台湾HIWIN的LMS和LMC直线电机。

迈入数控装备领域的AC直线电动机

    直线电动机是借助于电磁作用原理，直接将电能转换为直线运动的驱动装置。世界上第一台直线电动机是英国物理学家惠斯登(Sir Charles Wheatstone)发明，并于1845年取得专利。最初以高速运输和牵引为主，经过不断改进后应用范围逐渐扩大到电脑及办公设备、半导体制造装备、医疗装备、工业自动化、自动绘图仪等等。根据不同应用场合的差异，直线电动机的种类也很多。近年出现一种由直线电动机与铝合金滚柱导轨组合的高速线性驱动部件。Vmax=600m/min，加速度4g，应用在快速抓取和放下的场合。

    随着控制技术、电子技术、材料技术的发展，直线电动机经历了由快速轻载到快速大推力，由一般工业领域向大型、精密、高速数控装备领域发展的过程。美国Ingersoll公司于1982年开发出用AC-LM驱动的高速加工中心样机，在EMO’93展会上Ex-cell-O公司首次展出在各坐标轴上配置感应式直线电动机(Indramat公司生产)的XHC240型卧式加工中心，各轴快移速度80m/min，加速度1g，定位精度0.004mm。上述公司迈出了AC-LM在数控机床上应用的第一步。AC-LM作为高速、高精度、高刚度的直接驱动系统已引起业界的高度重视，在随后的EMO’97又掀起了“欧洲的直线电机热”。

    中国虽然早在1969年浙江大学等单位就开始研究工业用直线电动机，但是AC-LM在数控机床上的应用还是最近十多年的事情，清华大学、广东工学院、沈阳工业大学、哈工大等单位在研究AC-LM用于高速数控机床方面做了大量工作。清华大学承担了国家“十五”科技项目，并与江苏瑞安特公司联合推出“数控机床用直线电机及伺服系统”，在CCMT2004(上海)展会上展出。中国用于数控机床的AC-LM仍处于成长期，离专业化生产还有一定的距离。近年来，中国研发高速、高档数控机床的企业开始采用AC-LM，但多数是使用台湾品牌或从国外进口。

    AC-LM进入机床领域后，这种全新的直接驱动方式使传统的机床结构产生重大变革。AC-LM作为高性能、高速化的核心功能部件，将在数控机床特别是高速数控机床的产业链中发挥十分重要的作用。

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