從數(shù)控機(jī)床的誕生到現(xiàn)在食拜，其進(jìn)給驅(qū)動技術(shù)經(jīng)歷了由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)、閉環(huán)直流伺服系統(tǒng)副编、及目前廣泛應(yīng)用的交流伺服系統(tǒng)三個階段负甸。雖然進(jìn)給驅(qū)動技術(shù)在不斷發(fā)展變化，但其基本的傳動形式始終是“旋轉(zhuǎn)電動機(jī)+滾珠絲杠”模式痹届，對于刀具和工作臺等被控對象是直線形式的運(yùn)動路徑呻待，只能借助于機(jī)械變換中間環(huán)節(jié)“間接從數(shù)控機(jī)床的誕生到現(xiàn)在，其進(jìn)給驅(qū)動技術(shù)經(jīng)歷了由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)队腐、閉環(huán)直流伺服系統(tǒng)蚕捉、及目前廣泛應(yīng)用的交流伺服系統(tǒng)三個階段。雖然進(jìn)給驅(qū)動技術(shù)在不斷發(fā)展變化柴淘，但其基本的傳動形式始終是“旋轉(zhuǎn)電動機(jī)+滾珠絲杠”模式迫淹，對于刀具和工作臺等被控對象是直線形式的運(yùn)動路徑，只能借助于機(jī)械變換中間環(huán)節(jié)“間接”地獲得最終的直線運(yùn)動为严，由此帶來一系列的問題：首先柔睡，中間變換環(huán)節(jié)導(dǎo)致傳動系統(tǒng)的剛度降低烘梭，尤其細(xì)長的滾珠絲杠是剛度的薄弱環(huán)節(jié)，起動和制動初期的能量都消耗在克服中間環(huán)節(jié)的彈性變形上棺莱，而且彈性變形也是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生機(jī)械諧振的根源螺子。

　　其次，中間環(huán)節(jié)增大了運(yùn)動的慣量陕券，使系統(tǒng)的速度偏笋、位移響應(yīng)變慢; 而制造精度的限制，不可避免地存在間隙死區(qū)與磨擦欧舒，使系統(tǒng)非線性因素增加莱艺，增大了進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度的難度。

　　隨著大功率電力半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展阐拭，控制器件和控制原則的不斷更新和完善榄集，特別是PWM調(diào)制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得采用三環(huán)結(jié)構(gòu)(位置環(huán)掺厦、速度環(huán)和電流環(huán))的位置伺服系統(tǒng)的控制理論和技術(shù)日臻成熟苗率，在實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確定位等方面已達(dá)到相當(dāng)高的水準(zhǔn)聚谁。但隨著高速和超高速精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展母剥，要求數(shù)控機(jī)床有一個反應(yīng)快速靈敏、高速輕便的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)形导。而傳統(tǒng)的驅(qū)動方式所能達(dá)到的最高進(jìn)給速度與超高速切削要求相差甚遠(yuǎn)环疼。為適應(yīng)現(xiàn)代加工技術(shù)發(fā)展的需要，采用直線伺服電動機(jī)直接驅(qū)動工作臺來替代“旋轉(zhuǎn)電動機(jī)+滾珠絲杠”模式朵耕，從而消除中間變換環(huán)節(jié)的直線進(jìn)給伺服驅(qū)動新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生炫隶。

　　一、直線進(jìn)給伺服驅(qū)動技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀

　　直線進(jìn)給伺服驅(qū)動是采用直線交流伺服電動機(jī)實現(xiàn)阎曹。直線交流伺服電動機(jī)可視為將旋轉(zhuǎn)電動機(jī)定子沿徑向剖開等限，并將圓周展開成直線作初級，用一導(dǎo)電金屬平板代替轉(zhuǎn)子作次級芬膝，就構(gòu)成了直線電動機(jī)望门。在初級中嵌入三相繞組制成動子，與機(jī)床移動工作臺相連锰霜，次級作為定子固定在機(jī)床導(dǎo)軌上筹误，兩者之間保持約1mm的氣隙。目前已開始應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床上的直線電動機(jī)主要有感應(yīng)式直線交流伺服電動機(jī)和永磁式直線交流伺服電動機(jī)谊某。

　　1. 感應(yīng)式直線交流伺服電動機(jī)

　　感應(yīng)式直線交流伺服電動機(jī)通常由SPWM變頻供電坷顽，采用次級磁場定向的矢量變換控制技術(shù)，對其運(yùn)動位置订岗、速度喇喂、推力等參量進(jìn)行快速而又準(zhǔn)確的控制饰逝。由于感應(yīng)式直線伺服電動機(jī)的初級鐵心長度有限，縱向兩端開斷雪奠，在兩個縱向邊緣形成“端部效應(yīng)”(end effect)文浆，使得三相繞組之間互感不相等，引起電動機(jī)的運(yùn)行不對稱踪启。消除這種不對稱的方法有三種：

　　同時使用三臺相同的電動機(jī)升价，將其繞組交叉串聯(lián)，這樣可獲得對稱的三相電流;

　　對于不能同時使用三臺電動機(jī)的場合茧天，可采用增加極數(shù)的辦法來減小各相之間的差別;

　　在鐵心端部外面安裝補(bǔ)償線圈窄悍。

　　2. 永磁式直線伺服電動機(jī)

　　永磁式直線伺服電動機(jī)的次級是采用高能永磁體，電動機(jī)采用矩形波或正弦波電流控制磨夕，由IGBT組成的電壓源逆變器供電屯远，PWM調(diào)制。當(dāng)向動子繞組中通入三相對稱正弦電流后捕虽，直線電動機(jī)產(chǎn)生沿直線方向平移并呈正弦分布的行波磁場慨丐，與永磁體的勵磁磁場相互作用產(chǎn)生電磁推力，推動動子沿行波磁場運(yùn)動的相反方向作直線運(yùn)動薯鳍。其控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是PID組成的速度?電流雙閉環(huán)控制，直接受控的是電流挨措，通常采用id=0的控制策略挖滤，使電磁推力與id具有線性關(guān)系。

　　二浅役、直線進(jìn)給伺服驅(qū)動技術(shù)最大的優(yōu)點

　　直線進(jìn)給伺服驅(qū)動技術(shù)最大的優(yōu)點是具有比旋轉(zhuǎn)電動機(jī)大得多的加斩松、減速度(可達(dá)10～30倍)，能夠在很高的進(jìn)給速度下實現(xiàn)瞬時達(dá)到設(shè)定的高速狀態(tài)和在高速下瞬時準(zhǔn)確停止運(yùn)動觉既。加減速過程的縮短惧盹，可改善加工表面質(zhì)量，提高刀具使用壽命和生產(chǎn)效率;減少了中間環(huán)節(jié)瞪讼，使傳動剛度提高钧椰，有效地提高了傳動精度和可靠性，而且進(jìn)給行程幾乎不受限制殖祈。

　　三刻吵、直線進(jìn)給伺服驅(qū)動的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　作為一種嶄新的進(jìn)給驅(qū)動技術(shù)，其優(yōu)越的高速性能和極高的動態(tài)性能粮戈，使其在生產(chǎn)當(dāng)中迅速得到廣泛應(yīng)用苦突。在上個世紀(jì)90年代中期：

　　首先由德國Excello公司開發(fā)的XHC240型高速臥式加工中心，3個進(jìn)給軸均首次采用感應(yīng)式直線交流伺服電動機(jī)直接驅(qū)動;

　　接著美國Ingersoll銑床公司生產(chǎn)的高速臥式加工中心HVM4800和HVM600,X亭圆、Y街剂、Z軸均采用永磁式同步直線伺服電動機(jī)驅(qū)動;

　　日本三井精機(jī)公司生產(chǎn)的高速工具磨床防徊，上下快速移動的Z軸亦是采用直線伺服電動機(jī)驅(qū)動。特別是在1999年的巴黎國際EMO(Electromechanical optical)博覽會上展出的高速加工中心绎弯，最高速度達(dá)400m/min选芦，成為新一代數(shù)控機(jī)床的代表性技術(shù)。

　　我國臺灣省上銀科技公司也已將直線伺服電動機(jī)用于三坐標(biāo)測量機(jī)上饰样，實現(xiàn)三軸直接驅(qū)動潘所。

　　現(xiàn)在世界各國的著名機(jī)床制造商(如日本的Mazak公司和韓國的大宇公司)都紛紛推出直線伺服電機(jī)驅(qū)動的數(shù)控機(jī)床，而德國的DMG公司在2001年便已銷售采用直線伺服電機(jī)驅(qū)動的數(shù)控機(jī)床約1000臺菲瓶，2002年達(dá)到近2000臺怠褐。各種跡象表明，直線伺服電機(jī)驅(qū)動在高速高精加工機(jī)床上的應(yīng)用已進(jìn)入加速增長期您宪。

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