直线电机进给驱动技术在数控机床上的应用

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直线电机发展应用综述（一）（一）

直线电机在数控机床上的应用综述所在学院：机械工程学院学科专业：机械工程学生：解瑞建学号：********指导教师：***天津科技大学机械工程学院二零一二年十二月二十七日摘要简述了直线电机工作原理及其驱动技术，并且举例说明了直线电机直接驱动与传统数控机床“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的传动方式对比具有很大的优势。

利用直线电机结构简单、运动平稳、噪声小、运动部件摩擦小、磨损小、使用寿命长、安全可靠性等特性，采用直线电机的开放式数控系统使机床驱动控制技术获得新发展。

介绍几个直线电机应用的实例，指出直线电机进给驱动技术将是高速机床未来的发展方向。

关键词：直线电机数控机床驱动控制高速机床0 引言数控机床正在向高精密、高速、高复合、高智能和环保的方向发展。

高精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求：更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。

在传统的传动链中，作为动力源的电动机要通过齿轮、蜗轮副，皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节才能将动力送达工作部件。

在这些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。

虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提高，但问题很难从根本上解决，于是出现了“直接传动”的概念，即取消从电动机到工作部件之间的各种中间环节。

随着电机及其驱动控制技术的发展，电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟，使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实，并日益显示出巨大的优越性。

直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用，使机床的传动结构出现了重大变化，并使机性能有了新的飞跃。

图0 SUPT Motion公司生产的一种直线电机1直线电机1.0直线电机的发展史直线电机的发展史1840年Wheatsone开始提出和制作了略具雏形的直线电机。

从那时至今，在160多年的历史中，直线电机经历了三个时期。

1840～1955年为探索实验时期：从1840年到1955年的116年期间，直线电机从设想到实验到部分实验性应用，经历了一个不断探索，屡遭失败的过程。

直线电动机技术在数控车床上的应用

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
Ｚｕ年幂１朋ｕ，Ｉ
维普资讯
设计与研究ｇｎｅ『ｎｄｓＣａｅｈＲａ
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
２２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，０ｍｒｎ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ＤＭＧ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：
２１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

直线电机在数控机床中的应用及其控制算法与常见问题

直线电机在高速数控机床中的应用摘要: 高速切削加工是伴随着生产发展和科技进步而出现的一项先进制造技术，快速进给系统是其重要组成部分。

本文介绍了直线电机在高速进给机构中的巨大优势及其应用历史与现状，讨论了直线电机进给机构的伺服控制技术以及其常见问题。

关键词：直线电机;控制算法;高速进给Abstract：High-speed machining, which appears with the development of industry and the improvement of technology, is an advanced manufacturing technology andhigh-speed feed system is one of the most important components of it. The article presents the past and present applications and the great advantages of linear motor, discusses the servo control technology and the common problems of the linear motor feeding device.Keywords: Linear motor; Control algorithm; High speed1引言随着国防、航天、汽车、微电子等高技术行业不断发展，对制造加工业提出了更高的要求，超高速加工和超精密加工成为未来机床业发展的两个主题。

传统的机床进给驱动系统是“旋转电机+滚珠丝杠”机构。

这种驱动系统涉及的中间部件多，运动惯量大，而且滚珠丝杠本身具有物理局限性，因此产生的线性速度、加速度及定位精度均有限，不能满足超高速、高精密加工的需要；于是直线电机受到人们关注，它直接产生直线运动，结构简洁，运动惯量小，系统刚度高，快速响应特性好，高速情况下能实现精密定位，产生推力大，尤其运动速度、加速度高于滚珠丝杠的若干倍，工作行程可以无限长，维护少、寿命长。

数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性分析与研究

数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性分析与研究1. 数控机床直线电机进给伺服系统概述随着科技的不断发展，数控机床在工业生产中扮演着越来越重要的角色。

为了提高数控机床的加工精度和效率，近年多的研究者开始关注直线电机进给伺服系统的研究与应用。

直线电机进给伺服系统是一种采用直线电机作为驱动源的高精度、高速度、高可靠性的伺服系统，广泛应用于数控机床、机器人、自动化生产线等领域。

直线电机进给伺服系统具有很多优点，如结构简单、体积小、重量轻、响应速度快、转矩大等。

这些优点使得直线电机进给伺服系统在数控机床中的应用越来越广泛。

由于直线电机本身的特点以及伺服系统的复杂性，对其进行动态特性分析与研究具有很大的挑战性。

本文将对数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性进行深入研究，以期为实际应用提供理论依据和技术支撑。

1.1 研究背景随着现代制造业的快速发展，数控机床在各个领域的应用越来越广泛。

数控机床的性能和精度对于提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。

直线电机进给伺服系统作为数控机床的关键部件之一，其动态特性直接影响到数控机床的加工精度、速度和稳定性。

研究数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性，对于提高数控机床的整体性能具有重要的现实意义。

传统的数控机床进给伺服系统主要采用步进电机驱动，虽然在一定程度上满足了加工需求，但其动态特性较差，如速度响应慢、加速度范围窄、负载能力有限等。

这些问题限制了数控机床在高速、高精度加工方面的应用。

随着直线电机技术的不断发展，直线电机进给伺服系统逐渐成为数控机床领域的研究热点。

直线电机具有功率密度高、加速度响应快、速度快、转矩大等优点，可以有效提高数控机床的性能。

由于直线电机进给伺服系统涉及到多个学科领域，如电机学、控制理论、机械设计等，因此对其动态特性的研究具有较高的难度。

本论文旨在对数控机床直线电机进给伺服系统的动态特性进行分析与研究，以期为提高数控机床的性能和稳定性提供理论依据。

直线电机在高速数控车削中心进给系统中的应用

细阐述直线电机的型号选择和参数校验过程，并分析选型过程中应该注意的事项。关键词：直线电机；数控机床；机床进给系统
中图分类号：Ｔ５．Ｍ３９４
‘
文献标识码：Ｂ
文章编号：１０３８（０１１Ｏ４—２０１— ８１２１）８一Ｏ
具运行的实际位置，并将位置信息反馈到机床系统中，进行比较、处理。综合考虑，选择Ｅ本ＦＮＣｔＡＵ
Ｏ．Ｄ数控系统。ｉＴ
实现直线电动机在数控机床上的正常工作并充分
发挥直线电动机的突出优点，首先应进行直线电动机
变形大、响应速度慢、存在反向间隙、易磨损等先天性的缺点，并具有响应快、精度高、速度快、加减速过程短、传动刚度高、推力平稳、行程长度不受限
制、运行时噪声低、效率高等优点，其在数控机床令
高速进给系统领域逐渐发展为主导方向” 。
Ｋｅｗｏｄｙｒｓ：Ｌｉａｔｒ；ＣＮＣｍａｈｎｏｌＭａｈｎｅｔｏｅｄｓｓｅｎｅｒｍｏｏｃｉｅｔｏ；ｃｉｏｌｆｅｙｔｍ
“ＤＡＧ系列高速数控车床及车削中心 ”是 “ 高档数控机床与基础制造装备 ” 科技重大专项中优先
２１０１年９月
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＣＩＳ
Ｓｐ２１ｅ．０１Ｖｏ．９Ｎｏ８１３．１
第３９卷第１８期

毕业论文-数控机床用直线电机的设计与研究【范本模板】

河北工程大学毕业设计(论文）数控机床用直线电机的设计与研究学院（系）：专业班级:学生姓名：指导教师:摘要 (I)Abstract (V)第一章绪论 (1)1。

1 直线电机的发展 (1)1.2 直线电机在数控机床上应用的现状 (1)1。

3 直线电机的工作原理 (2)1。

4 本文的研究内容与意义 (3)1。

4.1 本文的主要研究内容 (3)1。

4.2 本文的研究意义 (3)1。

5 结语 (4)第二章直线电机的改进设计 (5)2.1 弹性支承直线电机结构分析 (5)2.2 现有直线电机的磁路分析及改进措施 (8)2.2。

1 磁性材料 (9)2。

2。

2磁路设计基本原理 (11)2。

2。

3磁路的简单计算 (14)2.3 改进型直线电机的结构设计与分析 (17)2.3.1 线圈及线圈骨架的设计 (18)2。

3.2骨架支承的设计和连接 (18)2.3。

3弹性支承的设计及刚度计算 (19)2.4 直线测速发电机的设计 (21)2.5 小结 (23)第三章直线电机的建模及仿真 (24)3。

1 直线电机在SOLIDWORKS软件中的建模 (24)3。

1.1 SolidWorks软件简介 (24)3.1.2 用SolidWorks软件进行建模 (24)3.2 对建立的模型在ADAMS软件中进行动作仿真 (31)3。

2。

1 ADAMS的简介 (31)3。

2.2 动作仿真过程 (31)第四章动态切削力和板状弹簧的有限元分析 (33)4.1 引言 (33)4.2 有限元软件ANSYS介绍 (33)4。

2。

1 ANSYS的模块介绍 (33)4。

2.2 ANSYS软件提供的分析类型 (35)4.2。

3 ANSYS计算分析的载荷 (36)4。

3 非圆车削动态切削力的有限元分析 (37)4。

3.1基于ANSYS的动态切削力分析 (37)4。

3.2 直线电机板状弹簧刚度的有限元分析 (37)第五章直线电机电磁场有限元分析 (41)5。

直线电机在数控机床上的调试

传统圆筒型电机的初级展开拉直，变初级的封闭磁场
为开放磁场，而旋转电机的定子部分变为直线电机的初级，旋转电机的转子部分变为直线电机的次级。在
电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，初级在和次级问产生气隙磁场，隙磁场的分布情况与旋转气电机相似，沿展开的直线方向呈正弦分布。当三相电
构，大大简化了机械系统的设计，高了工作效率。提
摘要：文主要介绍了直线电机的工作原理及其驱动技术、本直线电机进给驱动技术及在数控机床上的调试，直线电机进给驱动技术将是高速数控机床未来发展的方向。关键词：直线电机；高速数控机床；调试
中图分类号：Ｍ３６Ｔ０文献标识码：Ｂ文章编号：０４—０２（０２００２１０４０２１）４— ０５—０２
ＤｅｕｇｉｆｌｎａｏｏｎＮＣａｈｉｅｔｏｂｇｎｇｏｉｅｒｍｔｒｉｍｃｎｏｌ
ＧＵ０ＺｉｉｎＩＬ —ｉｎｈ —ｑａｇ．Ｌｉｕ
（．ｎａｇＸｎｈｎｃｉｅＴｏＣ．Ｌｄ４５０；．ｎａｇＴｃｎｃｎｏｅｅ４５０）１ＡｙｎｉｓｅｇＭａｈｎｏｌｏ，ｔ，５００２ＡｙｎｅｈｉａｓＣｌｇ，５００ｉｌ
数控・显 — — 直线电机在数控机床上的调试数
机床电器２１．０２４
直线电机在数控机床上的调试

数控磨床采用高性能直线电机进给的试验与研究

度的要求。采用直线电动机驱动有明显优势，它可在高速度下运行，同时具备００１ｍｍ的重复定位．０精度。因此，线电机非常适合运用于数控螺纹磨床。直
Ｓ５０Ｈ数控万能螺纹磨床的主要参数如下：Ｋ７２／最大工件直径２００ｍｍ
冷却隔热的方式可有效地化解直接驱动的发热及
ｌ５
精密制造与自动化
２１年第３０１期
该型号导轨为同类导轨中规格较小的一种，承载能力较弱，不过由于工作台长度较大，因此滑块
数量较多（总共ｌ）２个，可弥补承载力及刚性的不
机，型号为１Ｎ３０ —ＮＣ００Ｆ１０３０ —ＢＡ１，如图１示。所该电机额定推力为９５Ｎ，不存在兼容性问题，可０以满足项目的速度要求；同时还有较为丰富的附件选择，如多种水冷却管路，通过主冷却降温与精密
高精度进给提供参考。关键词直线电机零机械传动高精度高动态特性
围绕关于 “ 于数控磨床的高性能直线电机进用给功能部件 ” 的课题展开，目前开发了适用于数控磨床的直线电机驱动方案。方案具备高精度、高
动态特性和大行程的特点，可满足磨床高精度进给的要求，具有很高的实用价值。
经过近３年的制造、试验与研究，目前已经完成各项试验，达到了预期的目标，实现了磨床采用高速高精度进给功能部件的研发任务。

直线电机在机床设备中的应用

直线电机在机床设备中的应用日本沙迪克（SODICK）公司早在1996年，就开始在电火花成形机上采用直线电机，自行研制了专用的直线电机及与直线电机相匹配的NC系统，将直线伺服电机作为驱动元件组成的直线伺服系统首先开发在电火花成形机上应用，继后又迅速扩展应用到电火花切割机上。

并于1999年投放市场，该系统已具有进入网络的最新功能，它们推出的型号有AM55L（2轴直线电机）和AQ351（X，Y，Z三轴直线电机），这种直线电机伺服系统使加工性能明显改善，其特点是：（1）把以往由旋转电机的旋转运动来实现的直线运动改变为轴直接的直线运动，省去了丝杠传动环节，保证了轴的高速运动，可以在0.1μm的控制当量下使轴的移动速度达36m/min，与原控制方式相比，轴的移动速度提高数倍至数十倍。

Z轴的高速移动，可实现在加工过程中的电极快速跳跃，使放电间隙中的流体作用力加大，排屑充分，改善了加工条件，提高了放电利用率，可在不冲液加工的情况下，获得较高的加工速度。

例如：利用快速跳跃免冲液处理的深窄型腔加工，电极的断面尺寸为1mm×38mm，电极锥度为1”的石墨片电极加工钢，型腔深度为70mm，总的加工时间为3小时40分，其中粗加工时间为2小时10分，精加工时间为1小时30分。

加工后的表面粗糙度Ramax10μm；而采用传统的加工方法，2小时加工40mm深，再也无法加工下去。

证明在深窄小型腔加工中显示出明显的优越性。

（2）直线电机伺服系统采用了直线电机与溜板一体化的结构，溜板的位移是直线电机的直接移动，两者之间无任何环节，这就消除了中间环节的机械响应滞后现象。

因此，直线电机的动态响应时间与传统的交直流电机带滚珠丝杠系统相比减少了一个数量级。

高的响应速度可提高伺服系统的灵敏度，以保证加工的稳定性。

（3）（3）直线电机伺服系统的运动方式决定了伺服单元必须采用直线位置反馈元件作为位置检测环节，控制和驱动是一个全闭环系统，直接检测溜板的直线位移，没有丝杠螺距误差和传动链零件磨损等因素，导向采用响应速度较快的滚动导轨，因此，更有利于实现精密定位控制，并提高了机床的精度保持性。

直线电机在高端数控机床上的应用

直线电机在高端数控机床上的应用1 引言直线电机驱动技术至诞生发展至今已越来越成熟，它以精度高、无磨损、噪音低、效率高、响应快、节省空间等突出优点使其在高档数控机床领域应用广泛，且应用此项技术还可使机床布局更加紧凑，结构更多变，易于实现整机高刚性，增加机床的总体性能。

随着高速加工技术的迅速发展，对传动及控制系统的要求越来越高，使直线电机驱动技术的研究力度在逐步加大。

因此，加大对直线驱动技术的研究既是技术向更高更快发展的趋势，同时也更能满足市场需要，带来更大的经济效益，成为未来机床发展的必然趋势。

2 应用现状目前国外一些大型机床厂商都在加大直线驱动技术的研发力度，如日本的森精机、大隈，德国的DMG等。

较为突出的DMG公司近年来一直致力于推广具有代表性的直线驱动应用产品，涵盖车床、车铣复合及加工中心等多款机床，并取得了显著效果，在行业内引起广泛关注。

随着直线电机驱动技术的日益完善，目前，应用直线电机的高档机床，最大快移速度可达120m／min，加速度2×9.8m/s2，虽然直线电机的实验加速度可达10x9.8m/s2，但由于所驱动部件的质量及惯性问题等影响，使直线电机的使用加速度大大降低。

可以采取固定质量较大零部件方式减少总体驱动质量及采用密度较低的材料作为移动零部件的方法，尽量减少驱动质量，以提高加速度。

未来加速度的提升还有很大空问。

在我国，以清华大学、浙江大学、中国科学院电工所等为代表的多家院校及研究所也一直致力于开发更快更好的直线驱动技术，并通过校企结合等方式应用到实践中来，为此项技术在我国的应用与发展做出不懈的努力，并取得了很大进步。

但我们同样需要正视自己的不足，与目前国际先进水平相比，我国目前机床业依旧存在经济型机床偏多、产品技术含量不高的问题，具有较高技术含量的高档数控机床较少，技术水平与世界先进国家存在一定差距。

因此，需要我们加大机床基础技术和关键技术研究力度，努力追赶国际先进水平，研发出适合我国国情的高档直线电机及相应的控制系统等配套产品，满足高档数控机床产品需要，提高自身总体竞争力。

直线电机工作原理及其驱动技术的应用

直线电机工作原理及其驱动技术的应用摘要：简述了直线电机工作原理及其驱动技术，并且举例说明了直线电机直接驱动与传统数控机床“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的传动方式对比具有的巨大优势。

介绍了直线电机进给驱动技术在数控机床上的几个应用实例，指出直线电机进给驱动技术将是高速数控机床未来发展的方向。

引言随着航空航天、汽车制造、模具加工、电子制造行业等领域对高效率地进行加工的要求越来越高，需要大量高速数控机床。

机床进给系统是高速机床的主要功能部件。

而直线电机进给系统彻底改变了传统的滚珠丝杠传动方式存在的弹性变形大、响应速度慢、存在反向间隙、易磨损等先天性的缺点，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。

1 直线电机及其驱动技术现代先进的驱动技术主要分为两大类：一类为电磁式的，另一类则为非电磁式的。

电磁类的现代先进的驱动技术主要由现代电磁类驱动器与现代控制系统组成，它的驱动器包括传统改进型的电磁驱动器与新发展型的电磁驱动器。

它们中有旋转的、直线的、磁浮的、电磁发射的等等。

除了在一般通用电机技术基础上改进获得的电机技术外，还有更多的是在通用电机技术基础上进一步发展的新型电机技术，如直线电机技术、无刷直流电机技术、开关磁阻电机技术和各种新型永磁电机技术等。

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需通过中问任何转换装置的新颖电机，它具有系统结构简单、磨损少、噪声低、组合性强、维护方便等优点。

旋转电机所具有的品种，直线电机几乎都有相对应的品种，其应用范围正在不断扩大，并在一些它所能独特发挥作用的地方取得了令人满意的效果。

直线电机结构示意图如下图所示。

直线电机是将传统圆筒型电机的初级展开拉直，变初级的封闭磁场为开放磁场，而旋转电机的定子部分变为直线电机的初级，旋转电机的转子部分变为直线电机的次级。

在电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，在初级和次级间产生气隙磁场，气隙磁场的分布情况与旋转电机相似，沿展开的直线方向呈正弦分布。

直线电机在数控机床的应用

直线电机在数控机床的应用本文介绍了直线电机的结构和原理，与机械传动形式对比列举了直线电机在数控机床进给系统应用上的优点，举出了直线电机在应用时出现的问题及应对方案，叙述了直线电机在数控机床上实际的连接和调整策略。

标签：直线电机；数控机床；高速切削；进给系统0 引言1840年，Wheastone制造了直线电机的雏形，经过100多年的发展，直线电机已广泛应用于绘图、影视、电梯、物流运输、轨道交通、机械加工等多个领域[1]。

尤其在机械加工方面，由于大功率高转速电主轴的出现，高速切削策略在铝材及铝合金加工中的应用，要求机床各坐标轴不仅具有非常快的移动速度，还需要具有超高的加减速能力。

直线电机凭借其精度高、无磨损、噪音低、效率高、响应快、节省空间等突出优点使其在高档数控机床领域占有重要一席，而且它必将是高速机床未来发展的趋势。

1 直线电机的原理普通同步交流伺服电机，分为定子和转子两部分，两部分都有按规则缠绕的线圈。

当定子线圈通入三相交变电流时，在电机内部产生交变磁场。

转子线圈受磁场影响自身产生感应电流，由于通电导体在磁场中要受到力的作用，受到的电磁力使电机转子部分绕电机轴旋转。

直线电机好似将普通交流伺服电机沿经过圆筒半径和电机轴的截面剖开，将定子和转子平铺展成两个平直的矩形部分，其结构示意图如图1所示[2]。

直线电机的初级对应普通交流伺服电机的定子，次级对应转子，这样普通交流伺服电机定子和转子的相对旋转运动就转变为直线电机初级与次级的相对直线运动。

直线电机的初级和次级可安装于两个需要做相对运动的机械部件上，一般固定部分选择初级，运动部分选择次级。

但在一些特定场合，出于能耗等经济因素考虑，固定部分也有选择次级的情况，比如直线电机在长距离龙门移动式数控机床上的应用。

数控机床各轴的进给部分通常采用伺服电机+减速箱+丝杠丝母，或伺服电机+减速箱+齿轮齿条的传动形式，而直线电机的运用使进给部分减少了中间环节，提高了传动精度和传动效率。

直线电机在数控机床中的应用

直线电机在数控机床中的应用直线电机在数控机床中的应用一、引言数控机床正在向精密、高速、复合、智能、环保的方向发展。

精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求，更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。

问题的症结在传统的传动链从作为动力源的电动机到工作部件要通过齿轮、蜗轮副，皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节，在些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。

虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提高，但问题很难从根本上解决，于出现了“直接传动”的概念，即取消从电动机到工作部件之间的各种中间环节。

随着电机及其驱动控制技术的发展，电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟，使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实，并日益显示其巨大的优越性。

直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用，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。

二、直线电机进给驱动的主要优点进给速度范围宽。

可从1（1）m/s到20m/min以上，目前加工中心的快进速度已达208m/min，而传统机床快进速度<60m/min，一般为20～30m/min。

速度特性好。

速度偏差可达（1）0.01%以下。

加速度大。

直线电机最大加速度可达30g，目前加工中心的进给加速度已达3.24g，激光加工机的进给加速度已达5g，而传统机床进给加速度在1g以下，一般为0.3g。

定位精度高。

采用光栅闭环控制，定位精度可达0.1～0.01（1）mm。

应用前馈控制的直线电机驱动系统可减少跟踪误差200倍以上。

由于运动部件的动态特性好，响应灵敏，加上插补控制的精细化，可实现纳米级控制。

行程不受限制。

传统的丝杠传动受丝杠制造工艺限制，一般4～6m，更的行程需要接长丝杠，无论从制造工艺还是在性能上都不理想。

而采用直线电机驱动，定子可无限加长，且制造工艺简单，已有大型高速加工中心X轴长达40m以上。

驱动系统在数控机床中的应用

驱动系统在数控机床中的应用1.引言1.1 概述驱动系统是数控机床中不可或缺的组成部分之一，它在数控机床的运行中承担着关键的作用。

简单来说，驱动系统就是将电能转换成机械能，并将其传递给机床各个运动部件的系统。

通过控制和调节电机的运行，驱动系统能够实现数控机床的各种运动方式，如进给运动、主轴转速控制等。

驱动系统的作用不仅仅是实现机床的运动，更重要的是确保机床的运动精度和稳定性。

在过去的几十年里，随着数控技术的快速发展，驱动系统在数控机床中的应用也不断得到了完善和提升。

它已经从最初的伺服电机驱动发展到了如今的数字式伺服系统，不断满足着机床对精度、速度和稳定性的需求。

除此之外，驱动系统还具有高效节能的特点。

相比传统的机床，数控机床在加工过程中能够实现更加智能化，灵活性和自动化程度更高。

驱动系统通过准确的控制和调节，能够使机床的功率消耗大幅降低，从而节约能源。

这对于今天社会提倡的绿色环保和可持续发展具有重要意义。

通过本文的论述，将详细介绍驱动系统在数控机床中的应用。

首先，我们将对驱动系统的定义和作用进行阐述，帮助读者全面了解驱动系统的重要性。

接着，我们将重点介绍驱动系统在数控机床中的具体应用，包括其在进给运动、主轴转速控制等方面的应用。

最后，我们将总结驱动系统在数控机床中的应用，并展望其未来的发展趋势。

通过本文的研究，希望读者能够更好地了解和认识驱动系统，为数控机床的进一步发展提供参考和借鉴。

1.2文章结构1.2 文章结构本文将分为以下几个部分进行阐述驱动系统在数控机床中的应用。

首先，我们将在引言部分对整篇文章进行概述。

接着，第二部分将详细介绍驱动系统的定义和作用，包括其在数控机床中的应用。

该部分将分为两个小节进行讲解。

第一小节将对驱动系统的定义进行阐述，并探讨其在数控机床中的重要作用。

第二小节将具体介绍驱动系统在数控机床中的应用，并结合实际案例进行说明。

最后，结论部分将对文章进行总结，回顾驱动系统在数控机床中的应用，并对其未来的发展进行展望。

直线电机直接驱动技术在数控机床中的应用

直线电机直接驱动技术在数控机床中的应用
凿岩机与钎杆的连接螺纹为异型螺纹，不能采用通常的成形车刀的加工方法，一般采用液压仿形车床，用靠模及尖刀加工，精度差且效率低，靠模的制造也比较困难，见图这台数控直线电机车床，其轴采用直线电机直接驱动，光栅尺闭环反图馈，加工时，轴用直线电机代替靠模方式的车刀快速往复运动，加上轴及主轴联动(也可以采用随动方式)，综合运动的空间关系由程序控制，
螺纹轮廓完全数字化，是一种数字化的全新的螺纹加工方式，用尖刀像车外圆一样一刀完成，速度快，精度高，表面质量好。

加工时，主轴转速可以达到以上，即刀具每分钟要沿方向走个以上的来回。

这台车床还适合用于高速高精度地加工其他非圆截面的各种零件，如发动机活塞的中凸变椭圆裙部，其最高转速可达以上。

直线电机简述用于机床进给驱动的一般是交流直线电机，有永磁同步式和感应异步式两种，从其结构来讲，又有动圈式动铁式平板型和圆筒型等等，见图必材工人6梦劝级万夕及加了卒芦卿一般数控机床运动轴通常采用回转伺服电机，通过滚珠丝杠副传动，有的还经过一对减速齿轮或一对齿型带轮和同步齿形带，可称为间接传动采用直线电机的直接驱动，省去了旋转电机滚珠丝杠副等到工作台之间的一切中间环节，即将机床进给传动链的长度缩短为二，图零，所以这种传动方式也一称为直接驱动或零传动方式。

直接驱动最为突出的优点是可得到瞬时的高加速度，即过渡过程极短响应快。

年芝加哥国际机床展览会上采用直线电机的大型数控机床，重达数吨的运动部件，其加速度达到以上，进给速度达一运动部件具有瞬时高加速度的好处是可大大减少插补时由滞后带来的跟踪误差，使之在提高轮廓速度时，不会增大。

直线电机在数控机床进给系统中应用现状与趋势

收稿日期:2002204227;修改日期:2002207205作者简介:郜业猛(1974-),男,安徽濉溪人,国防科学技术大学硕士生.第25卷第5期合肥工业大学学报(自然科学版)V o l .25N o .52002年10月JOU RNAL O F H EFE I UN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY O ct .2002直线电机在数控机床进给系统中应用现状与趋势郜业猛,　杨正新,　于世江,　张翊诚(国防科学技术大学机电工程与自动化学院,湖南长沙　410073)摘　要:介绍了直线电机在机床进给系统中应用的进展情况和发展前景;把数字控制的直线电机进给系统与滚珠丝杠进给系统的性能进行了对比,指出了数字控制的直线电机进给系统的优点;在分析了直线电机自身特点的基础上,提出了直线电机在设计和应用中应着重解决磁路设计、控制策略和散热问题;并给出了直线电机进给系统在活塞异形外圆加工上应用的实例。

关键词:高速加工;直线电机;边端效应;异形外圆加工;有限元法中图分类号:TM 359.4 文献标识码:A 文章编号:100325060(2002)0520777205Appl ica tion of l i near m otor to nu m er ica lly con trolledmach i ne tool and the prospectGAO Ye 2m eng ,　YAN G Zheng 2x in ,　YU Sh i 2jiang ,　ZHAN G Y i 2cheng(Co llege of E lectrom echanical Engineering and A utom ati on ,U niversity of Science and T echno logy of N ati onal D efence ,Changsha 410073,Ch ina )Abstract :A pp licati on of the linear m o to r to the m ach ine too l is in troduced as w ell as the p ro spect .A con trast betw een the num erically con tro lled linear m o to r system and the ball bearing 2screw po le sys 2tem is m ade ,and the advan tages of the num erically con tro lled linear m o to r system are po in ted ou t .O n the basis of analyzing the characteristics of the linear m o to r ,the leading p rob lem s in the design and ap 2p licati on of the linear m o to r are given as fo llow s :the design of m agnetic w ay ,the m ean s of con tro l and the b lue po in t of coo ling system .F inally ,an exam p le of the app licati on of the linear m o to r to the irregu lar su rface tu rn ing of p iston is given .Key words :h igh 2sp eed m ach in ing ;linear m o to r ;end effect ;irregu lar su rface tu rn ing ;fin ite elem en t m ethod1　高速加工对机床进给系统的要求高速切削理论创立以来,特别是应用于立铣刀加工铝合金获得巨大成功后,高速机床得到了迅猛发展。

直线电机在机床上的应用研究

直线电机在机床上的应用研究摘要本文以放电加工机床的驱动部分为平台，通过对直线电机的合理选择，实现直线电机伺服系统的商业化应用。

首先介绍了直线电机的结构和工作原理，对比分析了与传统旋转电机的区别，介绍了直线电机在现代伺服系统中的优点和发展优势。

然后通过分析其在机床伺服系统中应用的优越性，通过对电磁场基础理论的分析提出了永磁同步直线电机数学模型。

根据圆筒型直线电机的参数进行选型，提出了放电加工机床驱动部分的硬件结构设计和直线电机在放电加工机床上的成功应用设计，最后总结了该使用机型的优异性能。

关键词直线电机；永磁同步直线电机；伺服系统；电磁场0引言传统旋转电机组成的数控机床私服系统包含伺服电机、轴承、联轴器、丝杠及构成该系统的支撑结构，使得其惯性质量较大，动态性能的提高受到了很大的限制。

更严重的是这些中间结构在运动过程中产生的弹性变形、摩擦损耗以及难以消除，且随着使用时间的增加该弊端会越来越突出，造成定位的滞后和非线性误差，从硬件上严重影响了加工精度。

为了克服传统旋转电机伺服系统的缺陷，近几年永磁直线同步电机（PMLSM）这种近乎理想的进给传动方式，渐渐取代了传统的旋转电机，得到了快速的发展。

它打破了传统的“旋转电机+滚珠丝杠”的传动方式，实现了“零传动”，是通过电磁效应，将电能直接转换成直线运动，而不需要任何的中间机构，消除了转动惯量、弹性形变、反向间隙、摩擦、振动、噪音及磨损等不利因素，极大地提高了伺服系统的快速反应能力和控制精度。

直线电机驱动系统发展至今，已经可以保证相当高的性能水平及更能高的效率和简便性、稳定性，具有传统驱动装置很难达到的高速度、高精度。

表现出了直线电机取代传统旋转电机的必然性[1][2][3]。

数控机床应用直线电机的优势可简单的表述为以下几点：1）高响应速度由于系统中规避了机械传动组件，节省了反应时间，通过电器元器件的高动态响应速度，是整个系统的动态响应速度大大提高，电磁传动的响应速度是旋转电机驱动的机械传动的响应速度远远无法比拟的，通常前者要比后者小几个数量级。

直线电动机应用于数控机床的共性技术研究

直线电动机应用于数控机床的共性技术研究林健 ,汪木兰 ,陈桂 ,黄家才(南京工程学院自动化学院先进数控技术江苏省高校重点建设实验室 ,江苏南京 211167)摘要 :为了提高直线电动机在数控机床上的应用水平 ,对直线电动机应用于数控机床的共性技术问题作了讨论。

以减小电动机推力波动为目标 ,提出了有限元法与差异进化算法相结合的电机结构优化方法 ,阐述了直线电动机的选型计算步骤 ,研究了直线伺服系统的智能控制策略 ,对直线电动机工作台的定位误差补偿技术作了比较。

最后列出了其他一些值得关注的问题。

关键词 :直线电机 ;数控机床 ;共性技术中图分类号 :TM359 . 4文献标识码 :A文章编号 :1672 - 1616( 2012) 11 - 0053 - 04永磁直线同步电动机 ( PML SM ) 省掉了机械传动机构 ,将负载直接与动子相连 ,消除了机械速度变换机构所带来的一些不良影响。

直线电动机在数控机床进给驱动上的应用 ,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次级纵向电流分量相互作用产生的。

其主要影响是等值的次级电阻率增加 ,产生侧向不稳定的偏心力并作用在次级上6 。

永磁同步直线电机的初级铁心使用开槽硅钢叠片聚合磁路 , 导磁介质的不连续使直线电机的气隙磁密呈现出明显的开槽效应 , 称为齿槽效跃1 - 2 。

应7 - 8 直线电动机的“零传动”方式使得各种扰动(如负载变化、自身扰动、外部扰动) 不经过任何中间环节的衰减而直接作用在直线电动机上 ,加大了伺服控制的难度3 - 5。

直线电机应用于高精密机床 , 但光栅尺的制造安装、直线电机端部效应造成进给单元两端的力特性发生变化等都会引起定位误差。

为提高直线进给系统在数控机床上的应用水平 ,充分发挥直线电动机的优点 ,需要对上述的共性技术问题进行深入的研究 ,这对开发我国高速高精数控机床 ,赶超国际水平 ,有重要的理论意义和应用价值。