直线电机在机床设备中的应用
安川直线伺服电机介绍
安川直线伺服电机介绍
安川直线伺服电机（Yaskawa linear servo motor）是一种用于精确
位置控制的电机。
其特点是能够直接将运动转化为直线运动，并能够实现
高速、高精度的运动控制。
它主要由直线电机和直线电机驱动器两部分组成，能够广泛应用于工业自动化领域。
安川直线伺服电机广泛应用于机械加工、自动化装配、半导体制造等
领域。
它可以应用于各种机械设备，实现精确的位置控制和高速运动。
在
机械加工领域，它可以用于数控机床、切割机械等设备上，实现复杂零件
的加工。
在自动化装配领域，它可以用于机器人臂等设备上，实现自动装
配任务。
在半导体制造领域，它可以用于半导体生产线上，实现半导体器
件的生产和组装。
总之，安川直线伺服电机是一种高精度、高速度的电机，能够实现精
确的直线运动。
它具有速度快、精度高、响应快的特点，适用于机械加工、自动化装配、半导体制造等领域。
它的广泛应用将为工业自动化带来更高效、更精确的运动控制体验。
直线电机原理、特点及其运用1
直线电机原理、特点及其运用直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。
其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级，当初级通入电流后，在初次级线圈之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。
直线电机的工作原理设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应图电动机。
初级做得很长，延伸到运动所需要达到的位置，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初级移动．通入交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体的金属板上感应出涡流。
设产生涡流的感应电压为E，金属板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密度将（费来明法则）产生连续的推力F。
直线电机的特点：高速响应。
由于系统中取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。
定位精度高。
线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来跟踪误差。
通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。
同时传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，提高了其传动刚度。
速度快、加减速过程短行程长度不受限制。
在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。
动安静、噪音低。
由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。
效率高。
由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗。
直线电机主要应用于三个方面应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；作为长期连续运行的驱动电机；应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。
附：直线电机应用实例一、活塞车削数控系统采用直线电机的直线运动机构由于具有响应快、精度高的特点，已成功地应用于异型截面工件的CNC车削和磨削加工中。
15-直线电机在机床工业中的最新应用及技术分析
・２・《机床与液压》２００４．Ｎｏ．６的生产量。
当今世界最优秀的超高速机床，可能要数日本Ｍａｚａｋ公司开发的ＨＭＣ乃一６６０Ｌ了（见图１）。
主轴可在１．６ｓ秒内从０加速到２００００ｒ／ｍｉｎ；由ＧＥＦＡＮＵｃ直线电机驱动三轴，快移速度高达２０８ｍ／ｍｉｎ，加速度３．２９，各轴在１２０ｍ／ｍｉｎ速度下进行高速加工，换刀时间只有２．４ｓ“。
我国广东工业大学开发了感应宜线电机驱动的高速加工中心ＧＤ一３型，额定进给力２０００Ｎ，最高速度达１００Ｉｎ／ｍｉｎ，定位精度达４“ｍ”１ｏ２００３年４月，在北京举行的ｃＩＭＴ２００３中国国图ｌＭｚａｋ的ＨＭｃ际机床展览会上，德国Ｆ３—６６０ＬＧＲＯＢ公司展出ＢＺ５００Ｌ高速卧式加工中心，主轴转速１８０００ｒ／ｍｉｎ，直线电机驱动ｘ、Ｙ、ｚ三轴，行程均为６３０ｍｍ，快移速度１２０ｎ∥ｍｉｎ，加速度分别为１９、１．２９、３．４９，换刀时间只有２．５ｓ；直线电机由ｓｉｅｍｅｎｓ制造。
参展的还有德国ＤＭＧ公司的ＤＭｃ６４Ｖ立式加工中心，ＥＭＡＧ公司的ＶＧ１１０Ｄｓ立式车磨中心，都使用了直线电机驱动技术。
北京机电研究院展出了一台立式高速加工中心，直线电机驱动ｘ、Ｙ轴，快移速度６０Ｉｎ／ＩＩｌｉｎ。
类似这些高速加工中心，代表着先进制造技术的未来发展方向。
２直线电机驱动超精密机床及其它机床尖端技术、微电子工业等离不开精密和超精密加工（ｕｈｒａｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｕｔｔｉｎｇ）技术，如制造微型机器人，陀螺仪，大型太空望远镜的镜面，大规模集成电路、芯片等。
现在的超精密加工精度已经达到百分之几微米。
可采用液体静压轴承或空气静压轴承主轴，空气静压导轨，国际上空气导轨的直线度可达０．１一Ｏ．２仙ｎ∥（２５０ｍｍ）。
直线电机用于超精密加工机床，可以获得很好的效果。
如美国Ｐｒｅｃｉｔｅｃｈ公司的Ｎａｎｏｆｏｌｍ２００，是两轴的超精密数控仿形机床，机床用的直线电机是Ｍ啊Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ公司制造，主要加工大型太空望远镜的镜面，使用金刚石刀具，压电晶体误差补偿技术，加工精度达到０．０２５斗ｍ，获得镜面效果；速度范围大，在ｌｕ皿／ｓ低速下无爬行。
国内外直线电机发展动向与技术趋势
国内外直线电机发展动向与技术趋势一、国内外直线电机的发展动向近些年来，国内外直线电机的发展动向可总结为三个方面，即：一是向高速、高精度方面发展；二是向大推力、大容量方面发展；三是向物流设备方面发展。
1、在高速、高精度方面的发展1.1直线电机驱动的高速、高精度现代机床直线电机在高速、高精度方面的发展首推在现代机床业中的应用。
传统机床的驱动装置依赖丝杆驱动，丝杆驱动本身就具有一系列不利因素，包括：长度限制、机械背隙、磨擦、扭曲、螺距一周期误差、较长的振动衰减时间、与电机的耦合惯量以及丝杠的轴向压缩等。
所有这些因素均限制了传统驱动装置的效率和精度。
当设备磨损时，必须进行不断地调节以确保所需精度。
直线电机驱动技术可以保证相当高的性能水准以及比传统的将旋转运动转化为直线运动的电机驱动装置具备更高的效率和简便性，具有传统驱动装置无法达到的高速、高精度。
机床应用直线电机的优势可简单地描述为以下几点，即：1）高响应性一般来讲，电气元器件比机械传动件的动态响应时间要小几个数量级。
由于系统中取消了响应时间较大的如丝杠等机械传动件，使整个闭环伺服系统动态响应性能大大提高。
2）高精度性由于取消了丝杠等机械传动机构，因而减少了传统系统滞后所带来的跟踪误差。
通过高精度直线位移传感器，进行位置检测反馈控制，大大提高机床的定位精度，其精度误差可达0.001 μm。
3）高传动刚度、推力平稳“直接驱动”提高了传动刚度，直线电动机的布局，可根据机床导轨的形面结构及其工作台运动时的受力情况来布置，通常设计成均布对称，使其运动推力平稳。
4）高速度、加减速过程短机床直线电机进给系统，能够满足60～100 m／min或更高的超高速切削进给速度。
由于具有高速响应性，其加减速过程大大缩短，加速度一般可达到(2～10)g。
5）行程长度不受限制通过直线电动机的定子铺设，就可无限延长动子的行程长度。
6）运行时噪声低取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，导轨副可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），使运动噪声大大下降。
直线电机在电脑绣花机中的应用介绍
直线电机在电脑绣花机中的应用介绍概述电脑绣花机是一种通过电脑控制的自动化绣花设备，使用者可以通过电脑上的软件编辑出要绣的图案，然后将数据传输给电脑绣花机，机器会按照预设的路径，使用不同颜色的线进行针迹绣制。
通过使用直线电机，电脑绣花机可以更加精确快速地完成绣制任务。
直线电机的优势直线电机是一种常见的线性电机，其特点是输出力矩大、速度快、精度高、可靠性强，运动平稳。
相比传统的轮廓线驱动方式，使用直线电机的电脑绣花机具有以下优势：1.精度更高：直线电机可以实现连续运动，从而避免了轮廓线驱动中，由于运动不连续而导致的误差。
这样，在电脑绣花机使用直线电机进行运动时，可以确保绣花的精度更高，线路更加平滑。
2.加速度更大：由于直线电机的输出力矩大，因此可以更加迅速地响应用户输入，完成加速和减速。
这样一来，电脑绣花机的运动速度更快，时间更短，效率更高。
3.更加稳定：直线电机的结构较为紧凑，具有长寿命和高可靠性的特点。
使用直线电机的电脑绣花机，不仅能够实现高速高精度的绣花，还能够保证机器运行的稳定性和安全性。
直线电机在电脑绣花机中的应用直线电机广泛应用于电脑绣花机中，主要应用在绣头的电脑控制、运动和部件的位置调整。
以下是直线电机在电脑绣花机中的主要应用：绣头的电脑控制电脑绣花机的绣头是机器会通过线头对面绣花底布进行运动，完成绣花的核心部分。
使用直线电机的电脑绣花机，可以通过电脑上的软件，对绣头进行精准控制。
用户可以通过软件自由调整绣花的大小、位置和形状，直线电机可以根据这些指令精确移动绣头，完成出色的自动绣花。
运动调整在绣花过程中，绣头需要进行上下、左右运动来完成不同花型的绣制。
直线电机可以根据输入信号，根据自定义运动路径来完成绣头的运动，从而实现绣花线条的精确绣制。
部件的位置调整电脑绣花机中的各个部件，如：花针、轮廓线等都需要进行位置调整，以保证绣花的精度和美观。
直线电机可以通过对绣花机花针、轮廓线等部件的控制，对这些零件进行精准的位置调整，保证绣花的档次和品质。
直线电机在数控机床进给系统中应用现状与趋势
收稿日期:2002204227;修改日期:2002207205作者简介:郜业猛(1974-),男,安徽濉溪人,国防科学技术大学硕士生.第25卷第5期合肥工业大学学报(自然科学版)V o l .25N o .52002年10月JOU RNAL O F H EFE I UN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY O ct .2002直线电机在数控机床进给系统中应用现状与趋势郜业猛, 杨正新, 于世江, 张翊诚(国防科学技术大学机电工程与自动化学院,湖南长沙 410073)摘 要:介绍了直线电机在机床进给系统中应用的进展情况和发展前景;把数字控制的直线电机进给系统与滚珠丝杠进给系统的性能进行了对比,指出了数字控制的直线电机进给系统的优点;在分析了直线电机自身特点的基础上,提出了直线电机在设计和应用中应着重解决磁路设计、控制策略和散热问题;并给出了直线电机进给系统在活塞异形外圆加工上应用的实例。
关键词:高速加工;直线电机;边端效应;异形外圆加工;有限元法中图分类号:TM 359.4 文献标识码:A 文章编号:100325060(2002)0520777205Appl ica tion of l i near m otor to nu m er ica lly con trolledmach i ne tool and the prospectGAO Ye 2m eng , YAN G Zheng 2x in , YU Sh i 2jiang , ZHAN G Y i 2cheng(Co llege of E lectrom echanical Engineering and A utom ati on ,U niversity of Science and T echno logy of N ati onal D efence ,Changsha 410073,Ch ina )Abstract :A pp licati on of the linear m o to r to the m ach ine too l is in troduced as w ell as the p ro spect .A con trast betw een the num erically con tro lled linear m o to r system and the ball bearing 2screw po le sys 2tem is m ade ,and the advan tages of the num erically con tro lled linear m o to r system are po in ted ou t .O n the basis of analyzing the characteristics of the linear m o to r ,the leading p rob lem s in the design and ap 2p licati on of the linear m o to r are given as fo llow s :the design of m agnetic w ay ,the m ean s of con tro l and the b lue po in t of coo ling system .F inally ,an exam p le of the app licati on of the linear m o to r to the irregu lar su rface tu rn ing of p iston is given .Key words :h igh 2sp eed m ach in ing ;linear m o to r ;end effect ;irregu lar su rface tu rn ing ;fin ite elem en t m ethod1 高速加工对机床进给系统的要求高速切削理论创立以来,特别是应用于立铣刀加工铝合金获得巨大成功后,高速机床得到了迅猛发展。
直线电机在数控机床上的调试
传 统圆筒型 电机 的初级 展 开拉 直 ， 变初 级 的封 闭磁 场
为开放磁场 ， 而旋转 电机 的定子 部 分变 为直 线 电机 的 初级 ， 旋转 电机 的转子 部 分变 为直 线 电机 的次 级 。在
电机 的三相绕组 中通入 三相 对称 正 弦 电流后 ， 初级 在 和次级 问产生气 隙磁 场 ， 隙磁 场 的分 布情 况 与旋转 气 电机相 似 ， 沿展 开 的直 线方 向呈正 弦分 布 。当三 相 电
构， 大大简化 了机械 系统的设计 ， 高 了工作效 率 。 提
摘要 ： 文主要介 绍了直线电机的工作原理及其驱动技术 、 本 直线 电机进给驱 动技术及在 数控机床 上的调试 ， 直线 电机进给驱动技术将是高速数控机床未来 发展 的方向。 关键词 ： 直线 电机 ； 高速数控机床 ；调试
中图 分 类 号 ：Ｍ３６ Ｔ ０ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ４—０ ２ （０ ２ ０ ０ ２ １０ ４ ０ ２ １ ）４— ０ ５—０ ２
Ｄｅ ｕｇ ｉ ｆｌｎ ａ ｏ ｏ ｎ Ｎ Ｃ ａ ｈｉ ｅ ｔ ｏ ｂ ｇｎｇ ｏ ｉ ｅ ｒ ｍ ｔ ｒ ｉ ｍ ｃ ｎ ｏ ｌ
ＧＵ０ Ｚ ｉ ｉｎ ＩＬ —ｉ ｎ ｈ —ｑ ａ ｇ ．Ｌ ｉ ｕ
（ ． ｎ ａ ｇＸ ｎｈ ｎ ｃｉｅＴ ｏ Ｃ ． Ｌｄ ４ ５ ０ ； ． ｎ ａｇＴ ｃ ｎｃ ｎ ｏ ｅｅ４ ５ ０ ） １ Ａ ｙ ｎ ｉｓｅ ｇＭａｈｎ ｏｌ ｏ ，ｔ ，５ ０ ０ ２ Ａ ｙｎ ｅｈ ｉ ａ ｓＣ ｌ ｇ ，５ ０ ０ ｉ ｌ
数 控 ・ 显 — — 直 线 电机 在 数 控 机 床 上 的调 试 数
机 床 电器 ２ １． ０ ２４
直 线 电机 在 数 控 机 床 上 的 调 试
直线电机在机床上的应用
直线电机在机床上的应用
乔景富
【期刊名称】《机电一体化》
【年(卷),期】1998(4)3
【摘要】一、前言直线电机这个词来源于英文(line motor),又有人称为线性马达、力马达。
1996年美国芝加哥机床展览会IMTS’96上美国Ingerell milling公司
在高速进给机床(HVM)上首次展出这种电机,该公司在40年前就开始研制,目前已
对外销售,并在卧式铣床(FF—510)上应用,预计在两年后的IMTS’98芝加哥机床
展览会上,该机床将是最引人注目的展品。
1996年,在日本第18届国际机床展览
会上,展出夫阿纳库(日本)开发的直线电机,并应用于高速研磨机床。
德国西门子(IFNI)的直线电机在CIMT’97现场表演120m/min高速进给,使观众大开眼界。
西门子公司的直线电机最大进给速度可达200m/min。
其最大推力可达6600N,最大位移距离为504mm,适用对象为高速铣床、曲轴车床、超精密车床、磨床及激
光机床等。
【总页数】2页(P37-38)
【关键词】机床;直线电机;旋转电机
【作者】乔景富
【作者单位】包头液压机械厂
【正文语种】中文
【中图分类】TG502.34
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直线电机在机床设备中的应用
日本沙迪克（SODICK）公司早在1996年，就开始在电火花成形机上采用直线电机，自行研制了专用的直线电机及与直线电机相匹配的NC系统，将直线伺服电机作为驱动元件组成的直线伺服系统首先开发在电火花成形机上应用，继后又迅速扩展应用到电火花切割机上。
并于1999年投放市场，该系统已具有进入网络的最新功能，它们推出的型号有AM55L（2轴直线电机）和AQ351（X，Y，Z三轴直线电机），这种直线电机伺服系统使加工性能明显改善，其特点是：
（1）把以往由旋转电机的旋转运动来实现的直线运动改变为轴直接的直线运动，省去了丝杠传动环节，保证了轴的高速运动，可以在0.1μm的控制当量下使轴的移动速度达36m/min，与原控制方式相比，轴的移动速度提高数倍至数十倍。
Z轴的高速移动，可实现在加工过程中的电极快速跳跃，使放电间隙中的流体作用力加大，排屑充分，改善了加工条件，提高了放电利用率，可在不冲液加工的情况下，获得较高的加工速度。
例如：利用快速跳跃免冲液处理的深窄型腔加工，电极的断面尺寸为1mm×38mm，电极锥度为1”的石墨片电极加工钢，型腔深度为70mm，总的加工时间为3小时40分，其中粗加工时间为2小时10分，精加工时间为1小时30分。
加工后的表面粗糙度Ramax10μm；而采用传统的加工方法，2小时加工40mm深，再也无法加工下去。
证明在深窄小型腔加工中显示出明显的优越性。
（2）直线电机伺服系统采用了直线电机与溜板一体化的结构，溜板的位移是直线电机的直接移动，两者之间无任何环节，这就消除了中间环节的机械响应滞后现象。
因此，直线电机的动态响应时间与传统的交直流电机带滚珠丝杠系统相比减少了一个数量级。
高的响应速度可提高伺服系统的灵敏度，以保证加工的稳定性。
（3）（3）直线电机伺服系统的运动方式决定了伺服单元必须采用直线位置反馈元件作为位置检测环节，控制和驱动是一个全闭环系统，直接检测溜板的直线位移，没有丝杠螺距误差和传动链零件磨损等因素，导向采用响应速度较快的滚动导轨，因此，更有利于实现精密定位控制，并提高了机床的精度保持性。
（4）由于快速跳跃时机床受力较大，与传统的机床相比，必须提高机床的刚度，并改变机床的结构，以适应高速直线伺服运动的需要。
沙迪克公司直线伺服电机驱动的NCEDM，除提高机床的刚度外，还采用了固定式工作台及X，Y，Z轴均在立柱上的滑枕式结构。
（5）为避免磁场的影响，溜板采用陶瓷材料，在溜板两侧装有永磁铁（电枢），在主轴两侧固定支撑上安装定子绕组，为降低因高速往复运动及交变电磁场等产生的热量，还装有油冷却管。
（6）为了解决在高速运动（加速运动）时Z轴失去平衡的问题，Z轴采用了汽缸式的平衡装置，其特点是：①在加工时，由于汽压的平衡作用，直线电机运行在低功耗状态，只有在快速跳跃时，直线电机才大功耗运行。
②汽压平衡装置和气压夹紧（制动器）使在驱动器失压后，Z轴锁定可靠。