淺談直線電機(jī)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用與常見問題

隨著國防、航天、汽車、微電子等高技術(shù)行業(yè)不斷發(fā)展，對製造加工業(yè)提出了更高的要求，超高速加工和超精密加工成為未來機(jī)床業(yè)發(fā)展的兩個主題。傳統(tǒng)的機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)是“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲槓”機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動系統(tǒng)涉及的中間部件多，運(yùn)動慣量大，而且滾珠絲槓本身俱有物理局限性，因此產(chǎn)生的線性速度、加速度及定位精度均有限，不能滿足超高速、高精密加工的需要;于是直線電機(jī)受到人們關(guān)注，它直接產(chǎn)生直線運(yùn)動，結(jié)構(gòu)簡潔，運(yùn)動慣量小，系統(tǒng)剛度高，快速響應(yīng)特性好，高速情況下能實現(xiàn)精密定位，產(chǎn)生推力大，尤其運(yùn)動速度、加速度高于滾珠絲槓的若干倍，工作行程可以無限長，維護(hù)少、壽命長。這些優(yōu)點(diǎn)使它成為現(xiàn)代機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動的理想部件。

直線電機(jī)在機(jī)床應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)問題用于機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要是交流直線電機(jī)，又分為同步式和感應(yīng)式兩大類。隨著稀土釹鐵硼（NdFeB）永磁材料的出現(xiàn)和性價比的提高，永磁同步直線電機(jī)發(fā)展成為主流，應(yīng)用最多?，F(xiàn)以這類直線電機(jī)在高速、高精密機(jī)床上的應(yīng)用為例，分析需要克服的關(guān)鍵問題。

一、絕熱與散熱問題永磁直線電機(jī)運(yùn)行時，由于銅損和鐵損，線圈會發(fā)熱，帶來幾個負(fù)面影響：

（1）對線圈絕緣層造成老損或破壞，使線圈不便通入更大電流，從而不能產(chǎn)生更大推力。

（2）溫度升高會改變永磁體的工作點(diǎn)。

（3）如果熱量傳遞到機(jī)床？？工作臺或者導(dǎo)軌，產(chǎn)生熱變形會影響加工精度，所以，尤其是平板形大推力直線電機(jī)，必須降溫，要求磁鋼溫度最高不超過70℃，線圈溫度不超過130 ℃。對于動圈式（Moving coil）和一般的動磁式直線電機(jī)，對線圈部位冷卻即可;但在超精密要求下的動磁式直線電機(jī)，應(yīng)該採取雙層水冷方式，配以溫度傳感器監(jiān)測系統(tǒng)。 u形直線電機(jī)由于結(jié)構(gòu)塬因，一般不用冷卻措施。

二、隔磁與防護(hù)問題機(jī)床切削液、鐵屑、灰塵等會污染腐蝕電機(jī)，甚至堵塞氣隙，所以必須封閉電機(jī)。永磁鋼對鐵磁性物質(zhì)有強(qiáng)吸引力，為安全起見應(yīng)該隔磁，可採用不銹鋼罩封閉。直線電機(jī)兩端要有緩沖防護(hù)裝置（Shock-absorbing）和電子限位開關(guān)，防止動子失控后的碰撞。對電纜線要加保護(hù)拖鏈，輸出信號線還要加屏蔽體。

三、線性導(dǎo)軌要求承受載荷，適應(yīng)高速運(yùn)動并保證精度，選擇導(dǎo)軌要考慮行程大小、機(jī)械特性、精密性與速度承受能力等。一般用滾動（滾珠或滾柱）直線導(dǎo)軌，安裝時要保證相互平行度，對于超精密要求的情況，可使用空氣靜壓導(dǎo)軌。

隨著直線電機(jī)制造工藝的不斷革新，生產(chǎn)的規(guī)模化，以及永磁材料、電子產(chǎn)品價格的下降，直線電機(jī)的成本正以每年20%的速度下降，在機(jī)床上的應(yīng)用前景廣闊。但這一應(yīng)用畢竟是新事物，無論是直線電機(jī)本身還是相配套的數(shù)控技術(shù)，潛力很大。我國是製造大國，發(fā)展高檔數(shù)控設(shè)備任重道遠(yuǎn)。