直线电机在数控机床中的应用与常见问题

导读： 直线电机在机床应用中的关键技术问题用于机床进给伺服系统的主要是交流直线电机，又分为同步式和感应式两大类。随着稀土钕铁硼(NdFeB)永磁材料的出现和性价比的提高，永磁同步直线电机发展成为主流，应用最多。

随着国防、航天、汽车、微电子等高技术行业不断发展，对製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+滚珠丝槓”机构。这种驱动系统涉及的中间部件多，运动惯量大，而且滚珠丝槓本身俱有物理局限性，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、加速度高于滚珠丝槓的若干倍，工作行程可以无限长，维护少、寿命长。这些优点使它成为现代机床进给驱动的理想部件。

直线电机在机床应用中的关键技术问题用于机床进给伺服系统的主要是交流直线电机，又分为同步式和感应式两大类。随着稀土钕铁硼(NdFeB)永磁材料的出现和性价比的提高，永磁同步直线电机发展成为主流，应用最多。现以这类直线电机在高速、高精密机床上的应用为例，分析需要克服的关键问题。

一、绝热与散热问题永磁直线电机运行时，由于铜损和铁损，线圈会发热，带来几个负面影响：

(1)对线圈绝缘层造成老损或破坏，使线圈不便通入更大电流，从而不能产生更大推力。

(2)温度升高会改变永磁体的工作点。

(3)如果热量传递到机床??工作台或者导轨，产生热变形会影响加工精度，所以，尤其是平板形大推力直线电机，必须降温，要求磁钢温度最高不超过70℃，线圈温度不超过130 ℃。对于动圈式(Moving coil)和一般的动磁式直线电机，对线圈部位冷却即可;但在超精密要求下的动磁式直线电机，应该採取双层水冷方式，配以温度传感器监测系统。 u形直线电机由于结构塬因，一般不用冷却措施。

二、隔磁与防护问题机床切削液、铁屑、灰尘等会污染腐蚀电机，甚至堵塞气隙，所以必须封闭电机。永磁钢对铁磁性物质有强吸引力，为安全起见应该隔磁，可採用不锈钢罩封闭。直线电机两端要有缓冲防护装置(Shock-absorbing)和电子限位开关，防止动子失控后的碰撞。对电缆线要加保护拖链，输出信号线还要加屏蔽体。

三、线性导轨要求承受载荷，适应高速运动并保证精度，选择导轨要考虑行程大小、机械特性、精密性与速度承受能力等。一般用滚动(滚珠或滚柱)直线导轨，安装时要保证相互平行度，对于超精密要求的情况，可使用空气静压导轨。

随着直线电机制造工艺的不断革新，生产的规模化，以及永磁材料、电子产品价格的下降，直线电机的成本正以每年20%的速度下降，在机床上的应用前景广阔。但这一应用毕竟是新事物，无论是直线电机本身还是相配套的数控技术，潜力很大。我国是製造大国，发展高档数控设备任重道远。