直线电动机技术在数控车床上的应用
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响和 刚性 不 足等缺 点 ， 主要 表现在 ：
直线电动机在结构和原理上都是从旋转电动机演 变 而来 的 。它是 由初 级 部 构 芯 和次 级 部 构芯 组 成 ， 次
级部 构 芯为永 磁板 。在 初级 部构 芯 中通人 三相正 弦 电
流后 ， 会产生气 隙磁场 ； 当三相 电流随时间变化时 ， 气 隙磁场将按相序沿直线运动 ， 次级部构芯在这个移动
Ｚ ｕ 年 幂 １朋 ｕ ， Ｉ
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设计与研究 ｇｎｅ 『 ｎｄｓＣ ａ ｅｈ Ｒ ａ
考虑， 在满足直线电动机使用要求的情况下采用高速 全封闭防磁拉罩来解决这一问题 ， 采取改进拉罩结构
和采 用 防磁材料 的措施 ， 能实 现 防屑 、 既 防磁 ， 可 实 又
现较 高 的运 动速 度 。
部件即滑板和刀架等会沿 轴方向下滑 ； 尤其是在突
然 断电时 ， 也会 发生 类 似 现 象 。通 常采 用 平 衡 油缸 结
２ ２ 进 给 系统移 动部件 的轻 化结构 研 究 ．
构或用重力平衡 防止下滑 ， 由于直线电动机的移动速 度快 ， 本机床设定参数为 ６ ／ ｉ， ０ｍ ｒｎ 平衡油缸 的速度 ａ 与直 线 电动机 的移动 速度不 匹 配 ， 达不 到理 想 的效 果 。
有 德 国的 Ｄ ＭＧ和 Ｅ本 的马 扎 克公 司。在 应 用 这项 新 ｔ 技术 的过程 中 ， 我们 解决 了下面几 个关 键 问题 ：
２ １ 直线 电动 机隔磁 、 ． 防屑 技 术
２ 直线 电动机 的应用
采用直线电动机传动， 把进给传动链的长度缩短 为零 ， 避免了丝杠传动中反 向间隙 、 惯性 、 摩擦力的影
的磁 场切 割下 产生 电流 并产 生 电磁推力 。如 果次 级部 构芯 固定 ， 么初 级 部构 芯 就 会 沿 直 线运 动 。应 用 直 那
（） １ 响应速度高
大提高 。
由于取消了响应时间较大的丝
杠等传动件 ， 使整个 闭环伺服系统 的动态响应性能大 （） ２ 精度高 减少了丝杠传动滞后所带来 的跟踪 误差 ， 通过高精度直线位移传感器进行位置检测反馈 控制 ， 提高 了机床的定位精度。原机床 轴 的定位精
这项新技术 目前国际上只有几家较大的机床公司 把它应 用到机床行业 ， ： 国的 Ｄ Ｇ 埃马克公司 ， 如 德 Ｍ 、 Ｅ本的马扎克、 ｔ 沙迪克公司。这些公 司已经把直线 电 动机应用到加工中心机床 ； 国内在电火花加工机床和 其它类型机床也有应用。由于车 床的加工环境 比较 差， 安装 、 防护 比较困难 ， 因此应用到车床类的厂家 只
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Ｄ＿ａ ｅ ｅｎｄｅ 设计与研究 ｓ Ｒ ａ ｇｎ ｓ
直线电动机技术在数控车床上的应用
蒋朝 霞
（ 阳第 一机床 厂 ， 宁 沈 阳 １００ ） 沈 辽 １００ 摘 要： 由于车床 加工 环境 比较 差 ， 安装 、 护 比较 困难 ， 防 因此 直 线 电 动机 在 车 床 上 应 用不 多。通 过 采 取 隔 磁、 防屑技 术 、 轻化移 动 部件 结构 、 制 电动 机发 热 以及 解决 电动 机 断 电 自锁等 问题 ， 直线 电动机 控 使 成功 地在 车床 上应 用 ， 有一 定 的带动 和示 范作 用 。 具 关键 词 ： 数控 机床 直 线 电动机 进 给 系统 速度 加 速度 传 动链
１ 概 述
采用直线电动机技术的 Ｃ Ｓ １５ Ｋ ６２ 数控车床 ， 是沈 阳第一机床厂 自 行研 制开发的新产品， 是国家 ８３ ６ 计 划项 目。它不仅具备普通数控 车床 的优点 ， 而且体现 了直线电动机独有 的高速 、 低噪声 、 高精度的特性 。该 机床可以加工各种轴类 、 盘类工件 ， 可以车削各种 螺 纹、 圆弧 、 圆锥及 回转体 的内外 曲面。特别适合汽车、 摩托车行业 ， 电子 、 航天 、 军工等行业 ， 对旋转体类零件 进行高效 、 大批量 、 高精度加工时采用 。
度 为 ００ ３ｍ 重 复定位 精度 为 ００ ６ｍ 现 机 床 的 ．１ ｍ， ．０ ｍ， 定 位精度 为 ００ ６ｍ 重 复定位 精度 为 ００３ｍｍ。 ．０ ｍ， ．０
线电动机技术就是用直线电动机代替传统的滚动丝杠 和伺服电动机进给系统 ， 这在机床的结构设计 上有很
大 的改变 ， 也带 来 了一些 新 的问题 。
（） ３ 速度快 、 加速过程短
一般 机床的运动速度
为 ２ ／ ｉ， 速度 ０ ５ｇ 采用 直 线 电动 机机 床 的运 ０ｍ ｍｎ加 ． ， 动 速度达 到 ６ ／ ｎ 加 速度 １ 。 ０ｍ ｍｉ， ｇ
（） ４ 运动噪声低 机床低
（） ５ 效率高 由于无 中间传动环节 ， 减少 了机械 传动时的能量损耗 ， 提高了电动机效率。
将直线电动机安装在远离加工区 ， 有利于直线 电 动机的防护 ， 但对机床来说会使其尺寸增大很多 ， 尤其 是 轴 ， 也会 限制它速度 和加速度 的提高 ， 失去 了安 装直线电动机的意义。因此 ， 由于车床本身的结构特 点， 安装直线电动机的位置不得不在加工区内， 若防护 不好 ， 切屑等杂质将直接吸浮在次级部构芯的永磁板 上， 使直线 电动机无法工作 ， 这也是直线电动机在车床 上应用难点 。另外 ， 直线 电动机本身的移动速度快 ， 与 高精度 的光栅尺配合有较高的定位精度 ， 因此可获得 较高的加工精度和生产效率 ， 但不能 由于防屑 防磁而 制约了它本身的优点 。在设计时， 经过反复推敲， 综合
Ａｐ ｌ ａ ｉｎ ｏ ｉｅ ｒＭｏ ｏ ｎ ＣＮＣ ａ ｈ ｐｉ ｔ ｆＬｎ ａ ｔ ｒｉ ｃ ｏ Ｌ ｔｅ
ＪＡＮＧ Ｃ ａ ｘａ Ｉ ｈ ｏ ｉ
（ ｈｎ ａ ｇＮ ． ｃ ｉｅＴ ｏ ｒｓ Ｓ ｅ ｙｎ ０ ０， ＨＮ） Ｓ ｅ ｙｎ ｏ １Ｍａｈｎ ｏｌ ｋ ， ｈ ｎａ ｇ１０ ０ Ｃ Ｗｏ １
直线电动机在结构和原理上都是从旋转电动机演 变 而来 的 。它是 由初 级 部 构 芯 和次 级 部 构芯 组 成 ， 次
级部 构 芯为永 磁板 。在 初级 部构 芯 中通人 三相正 弦 电
流后 ， 会产生气 隙磁场 ； 当三相 电流随时间变化时 ， 气 隙磁场将按相序沿直线运动 ， 次级部构芯在这个移动
Ｚ ｕ 年 幂 １朋 ｕ ， Ｉ
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设计与研究 ｇｎｅ 『 ｎｄｓＣ ａ ｅｈ Ｒ ａ
考虑， 在满足直线电动机使用要求的情况下采用高速 全封闭防磁拉罩来解决这一问题 ， 采取改进拉罩结构
和采 用 防磁材料 的措施 ， 能实 现 防屑 、 既 防磁 ， 可 实 又
现较 高 的运 动速 度 。
部件即滑板和刀架等会沿 轴方向下滑 ； 尤其是在突
然 断电时 ， 也会 发生 类 似 现 象 。通 常采 用 平 衡 油缸 结
２ ２ 进 给 系统移 动部件 的轻 化结构 研 究 ．
构或用重力平衡 防止下滑 ， 由于直线电动机的移动速 度快 ， 本机床设定参数为 ６ ／ ｉ， ０ｍ ｒｎ 平衡油缸 的速度 ａ 与直 线 电动机 的移动 速度不 匹 配 ， 达不 到理 想 的效 果 。
有 德 国的 Ｄ ＭＧ和 Ｅ本 的马 扎 克公 司。在 应 用 这项 新 ｔ 技术 的过程 中 ， 我们 解决 了下面几 个关 键 问题 ：
２ １ 直线 电动 机隔磁 、 ． 防屑 技 术
２ 直线 电动机 的应用
采用直线电动机传动， 把进给传动链的长度缩短 为零 ， 避免了丝杠传动中反 向间隙 、 惯性 、 摩擦力的影
的磁 场切 割下 产生 电流 并产 生 电磁推力 。如 果次 级部 构芯 固定 ， 么初 级 部构 芯 就 会 沿 直 线运 动 。应 用 直 那
（） １ 响应速度高
大提高 。
由于取消了响应时间较大的丝
杠等传动件 ， 使整个 闭环伺服系统 的动态响应性能大 （） ２ 精度高 减少了丝杠传动滞后所带来 的跟踪 误差 ， 通过高精度直线位移传感器进行位置检测反馈 控制 ， 提高 了机床的定位精度。原机床 轴 的定位精
这项新技术 目前国际上只有几家较大的机床公司 把它应 用到机床行业 ， ： 国的 Ｄ Ｇ 埃马克公司 ， 如 德 Ｍ 、 Ｅ本的马扎克、 ｔ 沙迪克公司。这些公 司已经把直线 电 动机应用到加工中心机床 ； 国内在电火花加工机床和 其它类型机床也有应用。由于车 床的加工环境 比较 差， 安装 、 防护 比较困难 ， 因此应用到车床类的厂家 只
维普资讯
Ｄ＿ａ ｅ ｅｎｄｅ 设计与研究 ｓ Ｒ ａ ｇｎ ｓ
直线电动机技术在数控车床上的应用
蒋朝 霞
（ 阳第 一机床 厂 ， 宁 沈 阳 １００ ） 沈 辽 １００ 摘 要： 由于车床 加工 环境 比较 差 ， 安装 、 护 比较 困难 ， 防 因此 直 线 电 动机 在 车 床 上 应 用不 多。通 过 采 取 隔 磁、 防屑技 术 、 轻化移 动 部件 结构 、 制 电动 机发 热 以及 解决 电动 机 断 电 自锁等 问题 ， 直线 电动机 控 使 成功 地在 车床 上应 用 ， 有一 定 的带动 和示 范作 用 。 具 关键 词 ： 数控 机床 直 线 电动机 进 给 系统 速度 加 速度 传 动链
１ 概 述
采用直线电动机技术的 Ｃ Ｓ １５ Ｋ ６２ 数控车床 ， 是沈 阳第一机床厂 自 行研 制开发的新产品， 是国家 ８３ ６ 计 划项 目。它不仅具备普通数控 车床 的优点 ， 而且体现 了直线电动机独有 的高速 、 低噪声 、 高精度的特性 。该 机床可以加工各种轴类 、 盘类工件 ， 可以车削各种 螺 纹、 圆弧 、 圆锥及 回转体 的内外 曲面。特别适合汽车、 摩托车行业 ， 电子 、 航天 、 军工等行业 ， 对旋转体类零件 进行高效 、 大批量 、 高精度加工时采用 。
度 为 ００ ３ｍ 重 复定位 精度 为 ００ ６ｍ 现 机 床 的 ．１ ｍ， ．０ ｍ， 定 位精度 为 ００ ６ｍ 重 复定位 精度 为 ００３ｍｍ。 ．０ ｍ， ．０
线电动机技术就是用直线电动机代替传统的滚动丝杠 和伺服电动机进给系统 ， 这在机床的结构设计 上有很
大 的改变 ， 也带 来 了一些 新 的问题 。
（） ３ 速度快 、 加速过程短
一般 机床的运动速度
为 ２ ／ ｉ， 速度 ０ ５ｇ 采用 直 线 电动 机机 床 的运 ０ｍ ｍｎ加 ． ， 动 速度达 到 ６ ／ ｎ 加 速度 １ 。 ０ｍ ｍｉ， ｇ
（） ４ 运动噪声低 机床低
（） ５ 效率高 由于无 中间传动环节 ， 减少 了机械 传动时的能量损耗 ， 提高了电动机效率。
将直线电动机安装在远离加工区 ， 有利于直线 电 动机的防护 ， 但对机床来说会使其尺寸增大很多 ， 尤其 是 轴 ， 也会 限制它速度 和加速度 的提高 ， 失去 了安 装直线电动机的意义。因此 ， 由于车床本身的结构特 点， 安装直线电动机的位置不得不在加工区内， 若防护 不好 ， 切屑等杂质将直接吸浮在次级部构芯的永磁板 上， 使直线 电动机无法工作 ， 这也是直线电动机在车床 上应用难点 。另外 ， 直线 电动机本身的移动速度快 ， 与 高精度 的光栅尺配合有较高的定位精度 ， 因此可获得 较高的加工精度和生产效率 ， 但不能 由于防屑 防磁而 制约了它本身的优点 。在设计时， 经过反复推敲， 综合
Ａｐ ｌ ａ ｉｎ ｏ ｉｅ ｒＭｏ ｏ ｎ ＣＮＣ ａ ｈ ｐｉ ｔ ｆＬｎ ａ ｔ ｒｉ ｃ ｏ Ｌ ｔｅ
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（ ｈｎ ａ ｇＮ ． ｃ ｉｅＴ ｏ ｒｓ Ｓ ｅ ｙｎ ０ ０， ＨＮ） Ｓ ｅ ｙｎ ｏ １Ｍａｈｎ ｏｌ ｋ ， ｈ ｎａ ｇ１０ ０ Ｃ Ｗｏ １