1前言

　　隨著電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展蜒秤，高速度多功能的或?qū)Ｓ玫奈⑻幚砥骷靶盘?hào)處理器的大量涌現(xiàn)（如DSP）衅疙，直線電機(jī)在機(jī)床領(lǐng)域的應(yīng)用迎來了它的高潮膝擂。從1996年的美國芝加哥機(jī)床展覽會(huì)IMTS`96虑啤，日本第18屆國際機(jī)床展覽會(huì)，到1999年巴黎國際EMO博覽會(huì)等一系列國際有影響的展覽會(huì)上架馋，美國的Ingerellmilling公司狞山，德國的西門子（IFNI）全闷，日本三精公司，美國的Kollmorgen公司等國際知名企業(yè)向人們展示了直流電機(jī)應(yīng)用于各類機(jī)床的強(qiáng)大的魅力萍启，這預(yù)示著直線電機(jī)開辟的新時(shí)代已經(jīng)到來总珠。

2在機(jī)床領(lǐng)域的應(yīng)用

　　2.1在高速與超高速精密加工中的應(yīng)用

　　為了提高生產(chǎn)效率和改善零件的加工質(zhì)量而發(fā)展起來的高速和超高速加工，現(xiàn)在已成為機(jī)床發(fā)展的一個(gè)重大趨勢(shì)勘纯。一個(gè)反應(yīng)靈敏局服、高速輕便的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，速度要提高到40-50m/min以上驳遵，加減速也要求提高到25-50m/s2淫奔，傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾軸絲杠”的傳動(dòng)形式顯然是不行的，這是由它自身的弱點(diǎn)決定的堤结，因?yàn)橹虚g傳動(dòng)環(huán)節(jié)的存在首先使剛度降低斜擎，彈性變形可使系統(tǒng)的階次變高，從而系統(tǒng)的魯棒性降低淑免，伺服性能下降即倦。彈性變形更是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生機(jī)機(jī)械諧振的根源。其次中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的存在暑礼，增加了運(yùn)動(dòng)體的慣量疚线，使得位移和速度響應(yīng)變慢。另外諸如間隙死區(qū)硅拆、摩擦背渤、誤差積累等因素，使得這種傳統(tǒng)的方式所能達(dá)到的最高進(jìn)給速度為30m/min栗衍，加速度僅3m/s2熊骆。

　　而直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)所具有的優(yōu)點(diǎn)則恰恰可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)傳動(dòng)方式的不足，其速度是滾軸絲桿副的30倍丽阎；加速度是滾軸絲桿副的10倍纳倚，最大可達(dá)10g，剛度提高了7倍谴垫；另外章母，直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，所以無反向工作死區(qū)翩剪；由于電樞慣量小乳怎，所以由其構(gòu)成的直線伺服系統(tǒng)可以達(dá)到較高的頻率響應(yīng)（如100Hz）。

　　通過上述的比較前弯，在高速和超高速精密加工中蚪缀，直線電機(jī)的應(yīng)用有著廣泛的前景。目前恕出，滿足機(jī)床大推力進(jìn)給部件要求的主要是交流直線電機(jī)询枚，從勵(lì)磁方式分违帆，可分為永磁（同步）式和感應(yīng)（異步）式兩種。永磁式的次級(jí)（定子）是永久磁鋼哩盲，在機(jī)床上應(yīng)用時(shí)前方，需在機(jī)床的床身上鋪設(shè)永久磁鋼狈醉，在工作臺(tái)下部反裝著三相通電繞組廉油，形成直線電機(jī)的初級(jí)（動(dòng)件）。而感應(yīng)式初級(jí)與永磁式相同苗傅，但其次級(jí)是用電柵條來代替磁鋼紧寺，相當(dāng)于把感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)電機(jī)的“鼠籠”沿其圓周展開。

　　永磁式直線電機(jī)在單位面積推力靶疟、功率因數(shù)虾脆、可控性等方面均要優(yōu)于感應(yīng)式，但價(jià)格較昂貴脂桂，安裝調(diào)試压伸、防塵等方面均不如感應(yīng)式。美國Ingersoll銑床公司生產(chǎn)的高速臥式加工中心HVM800的X港驶、Y鳞乏、Z軸均采用永磁式同步直線電機(jī)，最大進(jìn)給速度為76.2m/min滨靴，加速度α=1~1.5g绝绊。

　　感應(yīng)式直線電機(jī)在性能上已接近于永磁式電機(jī)的水平，再加上其自身的優(yōu)點(diǎn)巴疾，所以越來越受到歡迎收斑。在應(yīng)用方面典型例子是德國Ex-cell-o公司開發(fā)的XHC240型高速臥式加工中心，三個(gè)進(jìn)給軸均采用Indramat公司的感應(yīng)式直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給部件玲躯，快速移動(dòng)速度最高為60m/min据德，最大加速度為1g。

　　在高速與超高速加工領(lǐng)域中跷车，直線電機(jī)除廣泛應(yīng)用于高速銑床棘利、曲軸車床、超精車床姓赤、磨床赡译、激光車床等外，現(xiàn)在比較熱門的研究是將它應(yīng)用于高速化的并聯(lián)機(jī)構(gòu)不铆，即六軸蝌焚、三軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床，通過多根滑動(dòng)柱塞的伸縮來控制刀具誓斥，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜型面的高速加工只洒。蘇黎世高等工業(yè)大學(xué)開發(fā)出了具有新型結(jié)構(gòu)的六滑塊機(jī)床许帐，它將直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用在該機(jī)床的高效銑削中。另外毕谴，俄羅斯的Lapik公司和美國的Ingersoll公司等均在這方面開展了研究成畦，并且形成了產(chǎn)品。

　　2.2在超精密加工中的應(yīng)用

　　超精密加工是制造業(yè)中的前沿科學(xué)霉尊，在工作尤其是國防工業(yè)中起著舉足輕重的作用堆浴，巡航導(dǎo)彈的慣性制導(dǎo)裝置陀螺儀，雷達(dá)的關(guān)鍵器件波導(dǎo)管督赡，衛(wèi)星儀表上的精密軸承哭逻、大型集成電路等無不涉及到超精加工。在超精機(jī)床中磷可，為進(jìn)行機(jī)床加工誤差的在線補(bǔ)償躬筐，以提高加工的形狀精度；為進(jìn)行某些特殊的非軸對(duì)稱表面的加工荸刁，都需要微量進(jìn)給裝置帅忌，高精度微量進(jìn)給裝置現(xiàn)已成為超精機(jī)床的重要關(guān)鍵裝置。

　　目前态措，壓電陶瓷直線電機(jī)在精密微進(jìn)給裝置中有著廣泛的應(yīng)用此幕，其原理就是利用電致伸縮效應(yīng)。電致伸縮效應(yīng)的變形量和電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比糖追。它能實(shí)現(xiàn)高剛度的無間隙位移争造；分辨力可達(dá)1.0~2.5nm；且變形系數(shù)大藏澳；有很高頻率仁锯，其響應(yīng)時(shí)間達(dá)100μs。為增大行程翔悠，一般電機(jī)都是由多片晶體串疊在一起粘合使用业崖，尺蠖式壓電陶瓷電機(jī)則是通過三個(gè)單獨(dú)控制的管狀陶瓷壓電器件組成，其中A蓄愁、B作徑向伸縮双炕，以便夾緊和松開電機(jī)軸，而器件C作軸向伸縮撮抓，使電機(jī)軸產(chǎn)生軸向位移妇斤，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)直線運(yùn)動(dòng)。

　　美國LLL國家實(shí)驗(yàn)室的DTM-3大型金剛石車床和LODTM大型光學(xué)金剛石車床丹拯、英國Cranfieid公司的OAGM2500大型精密機(jī)床都已采用了電致伸縮式微量進(jìn)給裝置站超。

　　超聲波電動(dòng)機(jī)（USM）是國內(nèi)外日益受到重視的一種新型直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，廣義地說也是一種壓電陶瓷電動(dòng)機(jī)乖酬，它利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)死相，將材料的微觀變形通過共振放大和摩擦耦合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子或者滑塊的宏觀運(yùn)動(dòng)洪洪，壓電陶瓷在適當(dāng)?shù)碾妷鹤饔孟驴梢孕纬蓡我环较虻倪\(yùn)動(dòng)的行波。轉(zhuǎn)子以適當(dāng)?shù)膲毫ψ饔糜趶椥泽w表面上丘三，則將在質(zhì)點(diǎn)摩擦力的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)极谚。改變行波方向，則轉(zhuǎn)子反向许辖。

　　在超精密加工中疲些，為了要加工出形狀精度高的非球曲面，要求超精機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有很高的分辨力扯涝，達(dá)到每脈沖移動(dòng)量為0.01μm秸严，國外已有幾家著名大公司擁有該產(chǎn)品液互，但對(duì)我國禁運(yùn)锣猜。目前國內(nèi)國防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)匈歼、清華大學(xué)等正開展此方面的研究俊伯。超聲波電動(dòng)機(jī)具有小型輕量、響應(yīng)速度快飞校、無電磁干擾以及低速大轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)阅酪，行程在10cm范圍內(nèi)可取代傳統(tǒng)的電磁電機(jī)。帶有反饋閉環(huán)控制的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)超聲電動(dòng)機(jī)汁针，其步進(jìn)分辨率約0.01μm术辐，有望代替機(jī)械式摩擦驅(qū)動(dòng)方式。日本東京大學(xué)研制的聲表面波式直線USM施无，步進(jìn)分辨力高達(dá)5nm辉词。

　　2.3在異形截面加工領(lǐng)域中的應(yīng)用

　　采用直線電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由于具有響應(yīng)快猾骡、精度高的特點(diǎn)瑞躺，已成功地用于異型截面工件（汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、波瓣形軸承外環(huán)滾道兴想、活塞環(huán)及凸輪等）的計(jì)算機(jī)控制的精密車削和磨削加工幢哨。與傳統(tǒng)的采用“靠模”加工異型內(nèi)外圓輪廓的方法相比嫂便，具有編程修改靈活捞镰、加工精度高的特點(diǎn)，十分適合多品種毙替、小批量產(chǎn)品的加工岸售。

　　3直線電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用實(shí)例

　　下面以加工發(fā)動(dòng)機(jī)活塞為例來說明。

　　活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)最關(guān)鍵部件之一孝仅，它在往復(fù)工作狀態(tài)下頭部和裙部各處溫升不同群肌，變形嚴(yán)重不均勻珊娩。因此在常溫下把活塞截面設(shè)計(jì)成異型（近似橢圓）。

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