隨著電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,直線電機(jī)在機(jī)床領(lǐng)域的應(yīng)用迎來了它的高潮。從1996年的美國芝加哥機(jī)床展覽會IMTS`96,日本第18屆國際機(jī)床展覽會,到1999年巴黎國際EMO博覽會等一系列國際有影響的展覽會上,這預(yù)示著直線電機(jī)開辟的新時代已經(jīng)到來。
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)展的一個重大趨勢。一個反應(yīng)靈敏、高速輕便的驅(qū)動系統(tǒng),速度要提高到40-50m/min以上,加減速也要求提高到25-50m/s2,傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾軸絲杠”的傳動形式顯然是不行的,這是由它自身的弱點(diǎn)決定的,因?yàn)橹虚g傳動環(huán)節(jié)的存在首先使剛度降低,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,伺服性能下降。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。其次中間傳動環(huán)節(jié)的存在,增加了運(yùn)動體的慣量,使得位移和速度響應(yīng)變慢。另外諸如間隙死區(qū)、摩擦、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,加速度僅3m/s2。
而直線電機(jī)直接驅(qū)動所具有的優(yōu)點(diǎn)則恰恰可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)傳動方式的不足,其速度是滾軸絲桿副的30倍;加速度是滾軸絲桿副的10倍,最大可達(dá)10g,剛度提高了7倍;另外,直線電機(jī)直接驅(qū)動工作臺,所以無反向工作死區(qū);由于電樞慣量小,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,在高速和超高速精密加工中,直線電機(jī)的應(yīng)用有著廣泛的前景。目前,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),從勵磁方式分,可分為永磁(同步)式和感應(yīng)(異步)式兩種。永磁式的次級(定子)是永久磁鋼,在機(jī)床上應(yīng)用時,需在機(jī)床的床身上鋪設(shè)永久磁鋼,在工作臺下部反裝著三相通電繞組,形成直線電機(jī)的初級(動件)。而感應(yīng)式初級與永磁式相同,但其次級是用電柵條來代替磁鋼,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、功率因數(shù)、可控性等方面均要優(yōu)于感應(yīng)式,但價格較昂貴,安裝調(diào)試、防塵等方面均不如感應(yīng)式。
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),所以越來越受到歡迎。
在高速與超高速加工領(lǐng)域中,直線電機(jī)除廣泛應(yīng)用于高速銑床、曲軸車床、超精車床、磨床、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),即六軸、三軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床,通過多根滑動柱塞的伸縮來控制刀具,實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜型面的高速加工。