直线电机机床的优势

直线电机在数控机床上的应用综述所在学院：机械工程学院学科专业：机械工程学生：解瑞建学号：********指导教师：***天津科技大学机械工程学院二零一二年十二月二十七日摘要简述了直线电机工作原理及其驱动技术，并且举例说明了直线电机直接驱动与传统数控机床“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的传动方式对比具有很大的优势。

利用直线电机结构简单、运动平稳、噪声小、运动部件摩擦小、磨损小、使用寿命长、安全可靠性等特性，采用直线电机的开放式数控系统使机床驱动控制技术获得新发展。

介绍几个直线电机应用的实例，指出直线电机进给驱动技术将是高速机床未来的发展方向。

关键词：直线电机数控机床驱动控制高速机床0 引言数控机床正在向高精密、高速、高复合、高智能和环保的方向发展。

高精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求：更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。

在传统的传动链中，作为动力源的电动机要通过齿轮、蜗轮副，皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节才能将动力送达工作部件。

在这些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。

虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提高，但问题很难从根本上解决，于是出现了“直接传动”的概念，即取消从电动机到工作部件之间的各种中间环节。

随着电机及其驱动控制技术的发展，电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟，使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实，并日益显示出巨大的优越性。

直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用，使机床的传动结构出现了重大变化，并使机性能有了新的飞跃。

图0 SUPT Motion公司生产的一种直线电机1直线电机1.0直线电机的发展史直线电机的发展史1840年Wheatsone开始提出和制作了略具雏形的直线电机。

从那时至今，在160多年的历史中，直线电机经历了三个时期。

1840～1955年为探索实验时期：从1840年到1955年的116年期间，直线电机从设想到实验到部分实验性应用，经历了一个不断探索，屡遭失败的过程。

直线电机应用场景
直线电机是一种特殊的电机，与传统的旋转电机不同，它的转动
是直线运动。

直线电机的应用场景比较广泛，以下是几个典型的应用
场景：
1. 电动工具：直线电机可用于电动工具，如电锤、电钻、电锯等。

它的优势在于高速运转、高精度、高效率和低噪音。

2. 机床：在机床上用于切割、冲床、钻床等加工操作。

直线电机
的快速和准确性是机床加工中不可或缺的要素。

3. 电梯：直线电机在电梯中的应用已经成为主流。

它可以实现更
高的运行速度和更高的精度。

4. 医疗器械：直线电机在医疗器械中的应用也愈来愈广泛。

例如，直线电机可用于医用电动手术床、病床、化验仪器等。

5. 机器人：直线电机在机器人的应用场景也非常多。

机器人通常
需要准确、高速度地完成任务，直线电机可以为机器人的运动提供速
度和精度。

总之，直线电机是一种多样化的电机，并且在各种应用场景中都
有广泛的应用。

直线机电工作原理直线机电是一种将电能转换为机械能的设备，其工作原理基于电磁感应和洛伦兹力。

直线机电通常由一个固定的磁场和一个可挪移的线圈（或者磁场）组成，通过施加电流来激励线圈，从而产生力和运动。

工作原理如下：1. 磁场产生：直线机电中的固定磁场可以由永磁体或者电磁铁产生。

永磁体通常使用稀土磁体，具有较高的磁场强度和稳定性，而电磁铁则通过通电产生磁场。

2. 线圈激励：直线机电中的线圈通常由导线绕成，也可以使用带有导电材料的滑块或者导轨。

当线圈通电时，会在其周围产生一个磁场。

3. 洛伦兹力作用：根据洛伦兹力定律，当线圈中通过电流时，它会受到与磁场垂直且与电流方向相互作用的力。

这个力会使线圈产生运动。

4. 运动控制：通过控制线圈的电流方向和大小，可以控制直线机电的运动。

改变电流方向可以改变线圈受到的力的方向，从而改变运动方向。

改变电流大小可以改变线圈受到的力的大小，从而改变运动速度。

直线机电的优势：1. 高加速度和高速度：由于直线机电没有传统旋转部件，可以实现高加速度和高速度的运动。

2. 高精度和高重复性：直线机电的运动可以非常精确地控制，因此在需要高精度和高重复性的应用中具有优势。

3. 高效率和节能：直线机电的工作原理使其能够以较高的效率转换电能为机械能，从而减少能源消耗。

4. 静音和平稳：直线机电的运动通常非常平稳且无噪音，适合于对噪音要求较高的应用。

应用领域：直线机电在许多领域中得到广泛应用，包括但不限于以下几个方面：1. 工业自动化：直线机电可以用于自动化生产线上的各种运动控制，如输送带、机械臂和搬运设备等。

2. 机床和工具机：直线机电在数控机床和工具机中的应用越来越普遍，可以实现高精度和高速度的切削和加工。

3. 医疗设备：直线机电在医疗设备中的应用包括磁共振成像（MRI）、CT扫描仪和手术机器人等。

4. 交通运输：直线机电可以用于高速列车、磁悬浮列车和电动汽车等交通工具的推进和制动。

5. 电子消费品：直线机电在打印机、扫描仪、数码相机和光学设备等电子消费品中广泛应用。

直线电机是怎么样的直线电机是一种利用电磁力作用于直线导轨上的电动机。

与传统旋转电机相比，直线电机具有结构简单、运动平稳、高速高加速度、高精度、机械效率高、没有机械磨损等优点。

因此，直线电机广泛应用于自动化生产线、半导体设备、医疗器械、航空航天等领域。

直线电机的工作原理直线电机基本上是由电源、电容器、电感线圈、输出杆和导轨组成。

运用电磁感应定律，直线电机可以将电能转化为机械能，实现在导轨上的直线运动。

具体地，当直线电机加电后，直线电机上的导轨将受到电磁力的作用，导轨中的输出杆在电磁力的推动下会沿着导轨方向前进。

具有导体的电磁线圈内通以定电流，线圈内部将会产生电磁场，从而形成磁极对，并对相关元件施加力，最终实现直线运动。

直线电机的分类在不同的工作原理和结构上，直线电机可以分为多种类型，如下所述：1.电磁直线电机电磁直线电机是运用电磁感应原理实现直线运动的一种电动机，在导轨上由交变磁场、游动子和定子组成，通常应用于高速高精度等场合。

2.贴片直线电机贴片直线电机又称为盘式直线电机，它是采用线性运动的原理，通过电磁原理来驱动，运动部件是由一个滑块和一个直线电机来组成的，应用广泛于机床、慢放线等领域。

3.电声直线电机电声直线电机是利用电磁感应原理来实现振动运动的直线电机，通常应用于扬声器、无线电等领域。

它具有高精度、低噪音、快速响应、线性性能好等特点。

直线电机的应用直线电机广泛应用于各种需要直线运动的场合，在工业自动化领域可以实现机械自动化和智能化，可以用于各种运输、分拣、加工、生产和包装等设备。

在医疗器械领域中，直线电机可应用于医用机器人、病床运动部件等。

在航空航天领域中，直线电机可以用于伺服系统、导引系统、位移系统等，为航空航天领域提供了方便和重要的支持。

直线电机的未来发展随着科技的发展和人们对科技应用的需求增长，直线电机正在为我们创造出更多的可能，未来直线电机将越来越小巧、智能、节能、环保，将有更广泛的应用前景和市场空间。

目录前言 (1)1 直线电机的结构及工作原理 (1)1.1 结构 (1)1.2 工作原理 (1)2 直线电机和传统的旋转电机+滚珠丝杠运动系统的比较 (2)3 直线电机与旋转电机的结构特点及类型的比较 (2)3.1 直线电机相较于旋转电机的结构特点 (2)3.2 直线电机与旋转电机类型的比较 (3)3.2.1 圆柱形动磁体直线电机 (3)3.2.2 U型槽式直线电机 (3)3.2.3 平板直线电机 (4)5 直线电机的实际应用分析 (4)5.1 全新的加工工艺，突破传统的工艺指标 (4)5.2 稳定精加工的保证，高响应速度、高稳定加工的伺服系统 (5)5.3 实现精密控制及长期精度保持性的综合措施 (5)5.4 慢速微进给的平滑驱动 (5)6 小结 (6)参考文献： (7)直线电机的优越性前言直线电机是一种具有广阔前景的新颖电机。

一般电动机工作时都是转动的。

但是用旋转的电机驱动的交通工具（比如电动机车和城市中的电车等）需要做直线运动，用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动。

这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置。

能不能直接运用直线运动的电机来驱动，从而省去这套装备呢？几十年前人们就提出了这个问题，答案是肯定的，现在已制成了直线运动的电动机，即直线电机。

1 直线电机的结构及工作原理1.1 结构直线电机不是我们普通见到的电机。

不是转动的，也不是圆的。

电机的运动部分与固定部分都是平板的，一通电，会有相对运动。

相当于，定子是直线的，转子也是直线的，所以才叫直线电机。

旋转电机两个基本部件是定子（初级线圈）和转子(次级线圈或旋转的永磁体），如图1-1所示，在直线电机中相当于旋转电机定子的叫初级（即定子，又称为永磁体总成）；相当于旋转电机转子的叫次级（即动子，又称线圈总成）。

图1-1 直线电机的结构1.2 工作原理直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。

直线电机的研究报告
直线电机是一种能够将电能转化为直线运动的电动机。

其工作原理是利用电磁感应原理，通过将电流通过直线电机的定子线圈，产生的磁场与电机的转子磁场相互作用，从而引起直线运动。

直线电机由定子和转子两部分组成。

定子是由导电线圈绕成，而转子则是由永磁体组成。

当电流通过定子线圈时，定子线圈所产生的磁场与转子磁场相互作用，产生电磁力使得转子发生直线运动。

直线电机相较于传统的旋转电机，具有以下几个优点。

首先，直线电机不需要通过传动机构转化旋转运动为直线运动，因此具有较高的效率。

其次，直线电机运动平稳，噪音较小。

此外，直线电机的灵活性也较高，可以根据具体的应用需求设计不同的形状和尺寸。

近年来，随着科技的进步和对自动化控制需求的增加，直线电机得到了广泛的应用。

在工业生产线上，直线电机可以用于自动化装配、搬运和运输等任务。

在精密仪器、医疗设备以及航空航天等领域，直线电机也被广泛应用。

此外，直线电机还可以应用于电梯和列车等交通工具的运行系统中。

然而，直线电机也存在一些挑战和限制。

首先，直线电机的制造和维护成本较高。

其次，直线电机在较高速度和较大负载下容易产生振动和冲击，需要采取一定的措施来减少振动和噪音。

此外，直线电机的定子线圈需要较大的电流才能产生足够的磁
场，因此需要较大的功率供应。

综上所述，直线电机是一种将电能转化为直线运动的电动机。

其具有高效率、平稳性和灵活性等优点，适用于各种应用。

然而，直线电机在制造成本和振动控制方面还存在一些挑战，需要进一步的研究和改进来提高其性能和应用范围。

直线电机的优缺点
直线电机的优点
1、结构简单
直线电机不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，使结构大大简化，运动惯量减少，动态响应性能和定位精度大大提高；同时也提高了可靠性，节约了成本，使制造和维护更加简便。

它的初次级可以直接成为机构的一部分，这种独特的结合使得这种优势进一步体现出来。

2、高加速度
这是直线电机驱动，相比其他丝杠、同步带和齿轮齿条驱动的一个显着优势。

3、适合高速直线运动
因为不存在离心力的约束，普通材料亦可以达到较高的速度。

而且如。

直线电机的特点及应用直线电机是一种将电能转化为机械运动的电机。

与传统的转子电机相比，直线电机具有以下特点：1. 直线运动：直线电机主要产生直线运动，因为其电磁系统与运动部件是沿直线排列的。

这使其在一些特定的应用中具有较大的优势，尤其在需要大范围、高速度的直线运动时。

2. 高速度和加速度：由于直线电机不需要通过转子转动，可以直接转化为运动，因此可以实现较高的速度和加速度。

这在一些需要快速运动的应用，如包装机械、数字打印机等中非常有用。

3. 精确定位和控制：直线电机可以通过电流的调节来实现对运动的精确控制。

结合传感器和控制系统，可以实现高精度的定位和轨迹控制。

这使其在一些需要高精度定位的应用中具有较大的优势，如半导体制造设备、光刻机等。

4. 高效能：由于直线电机将电能转化为线性运动而不需要传递转矩，所以相比传统的转子电机具有更高的能量转换效率。

这使其在一些对能量效率要求较高的应用中得到广泛应用，如电动汽车、太阳能跟踪系统等。

5. 静音运行：直线电机不需要机械传动装置，因此减少了传统电机的噪音来源。

这使其在一些对噪音要求较高的应用中得到广泛应用，如医疗设备、光学设备等。

直线电机的应用非常广泛，包括以下几个方面：1. 自动化生产：直线电机可以应用在自动化生产线上，如流水线机械、机器人等。

其高速度和精确控制的特点使其能够快速完成复杂的生产任务。

2. 交通运输：直线电机可以应用在交通运输领域，如高速列车、磁悬浮列车等。

其高速度和能量效率的特点使其能够提供更快、更高效的交通服务。

3. 医疗器械：直线电机可以应用在医疗器械中，如MRI扫描仪、手术器械等。

其精确定位和静音运行的特点使其能够提供高精度和舒适的医疗服务。

4. 光学设备：直线电机可以应用在光学设备中，如光刻机、平移台等。

其高速度和精确控制的特点使其能够实现高精度的光学加工和定位。

5. 能源设备：直线电机可以应用在能源设备中，如风力发电机、太阳能跟踪系统等。

直线电机在机床上的应用研究摘要本文以放电加工机床的驱动部分为平台，通过对直线电机的合理选择，实现直线电机伺服系统的商业化应用。

首先介绍了直线电机的结构和工作原理，对比分析了与传统旋转电机的区别，介绍了直线电机在现代伺服系统中的优点和发展优势。

然后通过分析其在机床伺服系统中应用的优越性，通过对电磁场基础理论的分析提出了永磁同步直线电机数学模型。

根据圆筒型直线电机的参数进行选型，提出了放电加工机床驱动部分的硬件结构设计和直线电机在放电加工机床上的成功应用设计，最后总结了该使用机型的优异性能。

关键词直线电机；永磁同步直线电机；伺服系统；电磁场0引言传统旋转电机组成的数控机床私服系统包含伺服电机、轴承、联轴器、丝杠及构成该系统的支撑结构，使得其惯性质量较大，动态性能的提高受到了很大的限制。

更严重的是这些中间结构在运动过程中产生的弹性变形、摩擦损耗以及难以消除，且随着使用时间的增加该弊端会越来越突出，造成定位的滞后和非线性误差，从硬件上严重影响了加工精度。

为了克服传统旋转电机伺服系统的缺陷，近几年永磁直线同步电机（PMLSM）这种近乎理想的进给传动方式，渐渐取代了传统的旋转电机，得到了快速的发展。

它打破了传统的“旋转电机+滚珠丝杠”的传动方式，实现了“零传动”，是通过电磁效应，将电能直接转换成直线运动，而不需要任何的中间机构，消除了转动惯量、弹性形变、反向间隙、摩擦、振动、噪音及磨损等不利因素，极大地提高了伺服系统的快速反应能力和控制精度。

直线电机驱动系统发展至今，已经可以保证相当高的性能水平及更能高的效率和简便性、稳定性，具有传统驱动装置很难达到的高速度、高精度。

表现出了直线电机取代传统旋转电机的必然性[1][2][3]。

数控机床应用直线电机的优势可简单的表述为以下几点：1）高响应速度由于系统中规避了机械传动组件，节省了反应时间，通过电器元器件的高动态响应速度，是整个系统的动态响应速度大大提高，电磁传动的响应速度是旋转电机驱动的机械传动的响应速度远远无法比拟的，通常前者要比后者小几个数量级。

直线电机在数控机床的应用本文介绍了直线电机的结构和原理，与机械传动形式对比列举了直线电机在数控机床进给系统应用上的优点，举出了直线电机在应用时出现的问题及应对方案，叙述了直线电机在数控机床上实际的连接和调整策略。

标签：直线电机；数控机床；高速切削；进给系统0 引言1840年，Wheastone制造了直线电机的雏形，经过100多年的发展，直线电机已广泛应用于绘图、影视、电梯、物流运输、轨道交通、机械加工等多个领域[1]。

尤其在机械加工方面，由于大功率高转速电主轴的出现，高速切削策略在铝材及铝合金加工中的应用，要求机床各坐标轴不仅具有非常快的移动速度，还需要具有超高的加减速能力。

直线电机凭借其精度高、无磨损、噪音低、效率高、响应快、节省空间等突出优点使其在高档数控机床领域占有重要一席，而且它必将是高速机床未来发展的趋势。

1 直线电机的原理普通同步交流伺服电机，分为定子和转子两部分，两部分都有按规则缠绕的线圈。

当定子线圈通入三相交变电流时，在电机内部产生交变磁场。

转子线圈受磁场影响自身产生感应电流，由于通电导体在磁场中要受到力的作用，受到的电磁力使电机转子部分绕电机轴旋转。

直线电机好似将普通交流伺服电机沿经过圆筒半径和电机轴的截面剖开，将定子和转子平铺展成两个平直的矩形部分，其结构示意图如图1所示[2]。

直线电机的初级对应普通交流伺服电机的定子，次级对应转子，这样普通交流伺服电机定子和转子的相对旋转运动就转变为直线电机初级与次级的相对直线运动。

直线电机的初级和次级可安装于两个需要做相对运动的机械部件上，一般固定部分选择初级，运动部分选择次级。

但在一些特定场合，出于能耗等经济因素考虑，固定部分也有选择次级的情况，比如直线电机在长距离龙门移动式数控机床上的应用。

数控机床各轴的进给部分通常采用伺服电机+减速箱+丝杠丝母，或伺服电机+减速箱+齿轮齿条的传动形式，而直线电机的运用使进给部分减少了中间环节，提高了传动精度和传动效率。