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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。
国内外直线电机技术的发展与应用综述一、直线电机技术的发展直线电机是一种能够直接产生直线运动的电机，它是融合了电磁学、力学和控制理论的高新技术产品。
随着工业自动化和智能制造的发展，直线电机技术在国内外得到了广泛的应用和推广。
在这样的背景下，直线电机技术的发展也迅速走向成熟，实现了快速、精密、高效的直线运动控制。
1. 直线电机技术的起源直线电机技术的起源可以追溯到20世纪初，当时的工业生产需要更高效的动力传动设备，传统的旋转电机在直线运动控制方面存在较大的局限性。
由此，人们开始研究和开发能够直接产生直线运动的电机，而直线电机应运而生。
2. 直线电机技术的发展历程20世纪50年代，磁悬浮直线电机技术开始初露头角，但由于材料、加工工艺等方面的限制，当时的直线电机技术仍处于萌芽阶段。
随着硬磁材料和控制技术的不断改进，直线电机技术逐渐成熟，应用领域也不断拓展。
3. 直线电机技术在国际上的发展状况在国际上，直线电机技术已经得到了广泛的应用和研究。
欧美国家在直线电机技术方面具有较强的研发实力和生产能力，其在航空航天、高铁、机器人等领域的应用取得了显著的成绩。
而在亚洲地区，日本和韩国也在直线电机技术领域拥有一定的技术积累和市场份额。
二、直线电机技术的应用直线电机技术作为一种先进的动力传动技术，其在工业生产和科学研究领域得到了广泛的应用，并且在特定领域具有独特的优势。
1. 工业自动化领域在工业生产中，直线电机技术可以实现高速、高精度的直线运动控制，广泛应用于数控机床、激光切割设备、半导体生产设备等领域。
直线电机可以实现电磁直接驱动，避免了传统传动系统中的机械传动链路和间隙，提高了系统的动态响应性能和定位精度。
2. 航空航天领域直线电机技术在航空航天领域的应用也日益广泛。
在卫星姿态控制系统中，直线电机可以实现对姿态控制器的精确调整，提高了卫星的姿态控制精度和灵活性。
在航空器的起落架和飞行控制系统中，直线电机也可以实现更加稳定和精密的动力传递。
直线电机的应用直线电机凭借高速度、高加速、高精度及行程不受限制等特性在物流系统、工业加工与装配、信息及自动化系统、交通与民用以及军事等领域发挥着十分重要的作用。
直线电机主要应用场合：一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；其次是作为长期连续运行的驱动电机；三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。
直线电机可以在几秒钟内把一架几千公斤重的直升飞机拉到每小时几百公里的速度，它在真空中运行时，其时速可达几千上万公里。
在军事上，人们利用它制成各种电磁炮，并试图将它用于导弹、火箭的发射；在工业领域，直线电机被用于生产输送线，以及各种横向或垂直运动的一些机械设备中；直线电机除具有高速、大推力的特点以外还具有低速、精细的另一特点，例如，步进直线电机，它可以做到步距为1μm的精度，因此，直线电机又被应用到许多精密的仪器设备中，例如计算机的磁头驱动装置、照相机的快门、自动绘图仪、医疗仪器、航天航空仪器、各种自动化仪器设备等。
除此之外，直线电机还被用于各种各样的民用装置中，如电动门、电动窗、电动桌、椅的移动，门锁、电动窗帘的开、闭等等，尤其在交通运输业中，人们利用直线电机制成了时速达500km以上的磁浮列车。
直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。
近年来，随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，为此，近年来世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机技术发展速度加快，应用领域越来越广。
直线电机的优点是：结构简单、反应速度快、灵敏度高、随动性好、密封性好、不怕污染、适应性强(由于直线电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，各部件用尼龙浸渍后，采用环氧树脂加以涂封，这样它就不怕风吹雨打，或有毒气体和化学药品的侵蚀，在核辐射和液体物质中也能应用)、工作稳定可靠、寿命长(直线电机是一种直接传动的特种电机，可实现无接触传递，故障少，几乎不需要维修，又不怕振动和冲击)、额定值高(直线电机冷却条件好，特别是长次级接近常温状态，因此线负荷和电流密度可以取得很高)、有精密定位和自锁的能力(和控制系统相配合，可做到0.001mm的位移精度和自锁能力)。
河北工程大学毕业设计(论文）数控机床用直线电机的设计与研究学院（系）：专业班级:学生姓名：指导教师:摘要 (I)Abstract (V)第一章绪论 (1)1。
1 直线电机的发展 (1)1.2 直线电机在数控机床上应用的现状 (1)1。
3 直线电机的工作原理 (2)1。
4 本文的研究内容与意义 (3)1。
4.1 本文的主要研究内容 (3)1。
4.2 本文的研究意义 (3)1。
5 结语 (4)第二章直线电机的改进设计 (5)2.1 弹性支承直线电机结构分析 (5)2.2 现有直线电机的磁路分析及改进措施 (8)2.2。
1 磁性材料 (9)2。
2。
2磁路设计基本原理 (11)2。
2。
3磁路的简单计算 (14)2.3 改进型直线电机的结构设计与分析 (17)2.3.1 线圈及线圈骨架的设计 (18)2。
3.2骨架支承的设计和连接 (18)2.3。
3弹性支承的设计及刚度计算 (19)2.4 直线测速发电机的设计 (21)2.5 小结 (23)第三章直线电机的建模及仿真 (24)3。
1 直线电机在SOLIDWORKS软件中的建模 (24)3。
1.1 SolidWorks软件简介 (24)3.1.2 用SolidWorks软件进行建模 (24)3.2 对建立的模型在ADAMS软件中进行动作仿真 (31)3。
2。
1 ADAMS的简介 (31)3。
2.2 动作仿真过程 (31)第四章动态切削力和板状弹簧的有限元分析 (33)4.1 引言 (33)4.2 有限元软件ANSYS介绍 (33)4。
2。
1 ANSYS的模块介绍 (33)4。
2.2 ANSYS软件提供的分析类型 (35)4.2。
3 ANSYS计算分析的载荷 (36)4。
3 非圆车削动态切削力的有限元分析 (37)4。
3.1基于ANSYS的动态切削力分析 (37)4。
3.2 直线电机板状弹簧刚度的有限元分析 (37)第五章直线电机电磁场有限元分析 (41)5。
永磁直线同步电动机关键技术的研究第1章绪论1.1课题的背景与意义随着科学技术进步，高效率、高精度、高柔化和绿色化成为机械加工的重要发展方向。
切削加工的发展方向是高速切削加工。
一方面，高速加工不仅极大提高了机械加工生产效率，而且可降低切削力 30%以上，尤其径向切削力大幅度减小，同时 95%-98%的切削热被切屑带走，加工零件的热变形小，振荡频率高，工作平稳，有利于提高加工零件的光洁度，从而极大地提高了加工零件的质量及互换性;另一方面，超微细加工及科学实验对精密加工提出了越来越高的要求。
实现高速、精密加工的基本条件是:要有性能优良的高速精密机床。
为了保证进给量不变，确保零件的加工精度，表面质量和刀具耐用度，驱动系统的速度也必须相应提高;同时，进给系统的行程一般比较小，也要求驱动系统具有高的加(减)速度，以缩短启动、变速、停止的过渡时间。
因此，研制新型高速精密驱动系统是国内外的研究热点。
在工业发达国家，高速切削技术正成为切削加工的主流技术。
根据 1992年国际生产工程研究会(CLRP)年会主题报告的定义，高速切削通常指切削速度超过传统切削速度5-10倍的切削加工。
目前，多数数控机床的进给系统，采用旋转伺服电机驱动滚珠丝杠。
为了适应高速精密加工的要求，一些厂商采用了不同的措施不断改进滚珠丝杠的结构和性能，如日本MAZAK公司的FF66O卧式加工中心采用高速滚珠丝杠副驱动系统，其速度达 1.5m/s，加速度为1.5g，重复精度达0.002mm 。
但滚珠丝杠驱动系统需中间环节(如联轴器、滚珠丝杠、螺母等)传动，存在很多缺点，如存在反向死区、螺距误差引起误差传递、由于摩擦磨损而导致的精度渐变、附加惯量大、弹性变形引起爬行，以及位置、速度、加速度受限于丝杠的机械特性(刚度、临界速度)等，进一步改进高速精密滚珠丝杠驱动系统，有着不可克服的困难。
所以机床上传统的“旋转电机+滚珠丝杠”进给传动方式，由于受自身结构的限制，在进给速度、加速度、快速定位精度等方面很难有突破性的提高，已无法满足超高速切削、超精密加工对机床进给系统伺服性能提出的更高要求。
分析直线电机在数控机床中的应用作者：周燕孙家峰来源：《中国机械》2013年第24期摘要：本文主要通过研究直线电机及其驱动控制技术如何在机床中得以应用及其未来的发展方向，得出了中国机床行业应加快研发直线电机技术的开发与应用。
关键词：数控机床传动结构直线电机直线电动机是近些年来国内外积极研究的新型电机之一。
它是一种不需要中间转换装置，而能直接作直线运动的电动机械。
如今，直线电机驱动技术不断的更新，已达到成熟的阶段，被广泛应用于高档数控机床，这是因为技术具有精度高、无磨损、噪音低、效率高、响应速度快、节省空间的优点，而且使机器布置更加紧凑，结构多变，易于实现高刚性，提高了机床的整体性能而倍受人们关注。
随着高速加工技术的快速发展，要求越来越高的驱动和控制系统，促使直线电机驱动技术的研究力度在逐步加快。
因此，本研究不仅是符合直线驱动技术向更高、更快的发展趋势，又能满足市场广大的需求，带来更大的经济效益。
直线驱动机床是未来发展的必然趋势，所以我们应加紧步伐追赶。
1.直线电机在数控机床上应用的现状为了提高生产率和提高产品的质量，高速和超高速加工技术已成为机床发展的一大趋势，直线电机具有反应灵敏，速度快，重量轻，传动系统速度可提高到40～ 50m/min以上的优势。
传统的“旋转电机+滚珠丝杠”传输方式可达30m/min最高速度，加速度仅为3m/s2。
直线电机驱动的工作台，它的速度比传统的传输模式快30倍，加速比是传统的传输模式的10倍，最大为10g；刚性升高了7倍；无反向工作死区是直线电机的最大特点；因其电机惯量小，所以由它构成的直线伺服系统可以达到更高的频率响应。
1993年，一台型号 HSC 240的加工中心是世界上第一台由直线电机驱动工作台的高速加工中心，由德国Z公司研发而成，其主轴转速已达到24000r/min，60m/min的进给速度更是让人惊讶，加速度则是达到的1g，当进给速度保持在20m/min时，轮廓精度可保持为0.004mm。
直线电机工作原理及其驱动技术的应用摘要：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的巨大优势。
介绍了直线电机进给驱动技术在数控机床上的几个应用实例，指出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。
引言随着航空航天、汽车制造、模具加工、电子制造行业等领域对高效率地进行加工的要求越来越高，需要大量高速数控机床。
机床进给系统是高速机床的主要功能部件。
而直线电机进给系统彻底改变了传统的滚珠丝杠传动方式存在的弹性变形大、响应速度慢、存在反向间隙、易磨损等先天性的缺点，并具有速度高、加速度大、定位精度高、行程长度不受限制等优点，令其在数控机床高速进给系统领域逐渐发展为主导方向。
1 直线电机及其驱动技术现代先进的驱动技术主要分为两大类：一类为电磁式的，另一类则为非电磁式的。
电磁类的现代先进的驱动技术主要由现代电磁类驱动器与现代控制系统组成，它的驱动器包括传统改进型的电磁驱动器与新发展型的电磁驱动器。
它们中有旋转的、直线的、磁浮的、电磁发射的等等。
除了在一般通用电机技术基础上改进获得的电机技术外，还有更多的是在通用电机技术基础上进一步发展的新型电机技术，如直线电机技术、无刷直流电机技术、开关磁阻电机技术和各种新型永磁电机技术等。
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通过中问任何转换装置的新颖电机，它具有系统结构简单、磨损少、噪声低、组合性强、维护方便等优点。
旋转电机所具有的品种，直线电机几乎都有相对应的品种，其应用范围正在不断扩大，并在一些它所能独特发挥作用的地方取得了令人满意的效果。
直线电机结构示意图如下图所示。
直线电机是将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，在初级和次级间产生气隙磁场，气隙磁场的分布情况与旋转电机相似，沿展开的直线方向呈正弦分布。
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。
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。
直线电机的原理及应⽤（实例图）最完整版——包括直线电机原理，基础知识，优缺点，应⽤场合，国内主要⽣产⼚家，直线电机发展史，现在国内的技术等。
看完这个你就是直线电机专家了直线电机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。
它可以看成是⼀台旋转电机按径向剖开，并展成平⾯⽽成。
对应旋转电机定⼦的部分叫初级，对应转⼦的部分叫次级。
在初级绕组中通多相交流电，便产⽣⼀个平移交变磁场称为⾏波磁场。
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。
各系列直线电机分类及其特征■⽆铁芯直线电机⽆铁芯电机的线圈内部不存在铁芯，线圈继续在双磁路中间运⾏，典型形状如图1.⽆齿槽效应，容易实现更安定的运动，实现更⾼精度2.体积⼩重量轻，易实现⾼加速度运⾏实物图：■有铁芯直线电机有铁芯电机的线圈缠绕在铁芯上，可以产⽣更⼤的推⼒。
1.推⼒密度⾼，在同等尺⼨下提供更⾼的推⼒，可提供最⼤上万⽜顿推⼒2.磁性吸引⼒，动⼦定⼦间会产⽣较⼤的磁性吸引⼒实物图：■圆筒状直线电机圆筒状直线电机采⽤两端⽀撑机构，能简洁地替换丝杆机构。
=========================================直线电机与旋转电机相⽐，主要有如下⼏个特点：⼀是结构简单，由于直线电机不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，因⽽使得系统本⾝的结构⼤为简化，重量和体积⼤⼤地下降；⼆是定位精度⾼，在需要直线运动的地⽅，直线电机可以实现直接传动，因⽽可以消除中间环节所带来的各种定位误差，故定位精度⾼，如采⽤微机控制，则还可以⼤⼤地提⾼整个系统的定位精度；三是反应速度快、灵敏度⾼，随动性好。
直线电机容易做到其动⼦⽤磁悬浮⽀撑，因⽽使得动⼦和定⼦之间始终保持⼀定的空⽓隙⽽不接触，这就消除了定、动⼦间的接触摩擦阻⼒，因⽽⼤⼤地提⾼了系统的灵敏度、快速性和随动性；四是⼯作安全可靠、寿命长。
直线电机可以实现⽆接触传递⼒，机械摩擦损耗⼏乎为零，所以故障少，免维修，因⽽⼯作安全可靠、寿命长。
直线电机的工作原理及应用摘要：直线电机是一种应用广泛的直线运动轴，它具有无接触、高精度、高速度、高加速度和长寿命等优点，在自动化生产和交通工具上得到广泛应用。
本文概括介绍了直线电机的构造、工作原理和应用，以及其优势和局限性。
关键词：直线电机、无接触、高精度、高速度、高加速度、长寿命正文：直线电机是一种使用电磁力来产生直线运动的电动机，它与传统的旋转电动机不同，可以实现无接触、高精度、高速度、高加速度和长寿命等优点。
直线电机的工作原理是利用电磁力的作用来使电机运动，当电流通过电线时，就会在电线周围产生一个磁场，当磁场与其他磁场发生相互作用时，就会产生电磁力，从而使电机产生直线运动。
直线电机主要分为两类，一类是利用固定磁铁和线圈之间的作用来产生运动，另外一类是利用电流在直线电机内部形成强大的磁场，从而使电机产生运动。
其中，利用磁铁和线圈之间作用的直线电机类似于传统的电动机，结构相对简单，速度和力矩较小，主要应用于较小的装置上。
利用内部磁场形成直线运动的直线电机，结构相对复杂，但可以实现高速度、高加速度等高性能。
直线电机具有广泛的应用，最常见的是在自动化生产线上，利用其高精度和高速度的特点来实现准确的运动控制。
例如，在半导体制造过程中，直线电机可以用于自动化装配设备来保证产品质量和生产效率。
此外，直线电机还可以应用于交通工具中，例如磁悬浮列车、磁浮飞车等。
尽管直线电机具有很多优点，但也存在其局限性。
例如，直线电机需要特殊的导轨和磁铁来实现运动，造价相对较高；此外，在高负载情况下，直线电机会产生较大的热量，导致设备损坏或性能下降等问题。
综上所述，直线电机是一种先进的电动机，具有很多优点，但在实践应用中还需要针对具体情况进行优化和改进。
未来，随着科技水平的不断提高，直线电机将会在更广泛的领域中得到应用。
在当前的制造业和自动化生产中，直线电机的应用越来越广泛。
它可以对生产效率进行优化，并且减少了劳动力成本，并实现了生产环境的安全和人员安全性，因此具有重要的优点和应用前景。
直线电机应用场景1. 引言直线电机是一种将电能转化为机械能的装置，它与传统的旋转电机相比，具有更为广泛的应用场景。
直线电机通过产生直线运动，可以用于各种机械设备和系统中，提供精确的位置控制和高效的运动性能。
本文将深入探讨直线电机的应用场景，包括工业自动化、交通运输、医疗设备、航空航天等领域。
2. 工业自动化2.1 机床直线电机在机床上的应用越来越广泛。
传统的机床通常采用液压或气动系统来实现运动控制，但是这种方式存在能量浪费、噪音大、精度低等问题。
而直线电机具有高速、高精度、低噪音等优点，可以用于驱动铣床、磨床、车床等机床的进给运动和切削运动，提高加工效率和加工质量。
2.2 机器人直线电机在工业机器人中的应用也非常广泛。
传统的工业机器人通常采用旋转电机驱动关节运动，而直线电机可以直接实现直线运动，避免了传统机器人中的传动机构，提高了运动的精度和响应速度。
直线电机可以用于机器人的手臂、腿部等部位的驱动，实现各种复杂的运动轨迹和动作。
2.3 自动化生产线在自动化生产线中，直线电机可以用于物料搬运、装配、检测等环节。
直线电机具有高速、高精度的特点，可以实现快速准确地将物料从一个位置转移到另一个位置，提高生产线的效率和自动化水平。
直线电机还可以用于装配过程中的定位和夹持，确保装配的精度和质量。
3. 交通运输3.1 磁悬浮列车直线电机在磁悬浮列车中起到了至关重要的作用。
磁悬浮列车通过电磁力实现悬浮和推进，而直线电机作为推进系统的核心部件，可以提供高速、平稳的推进力，使列车在轨道上快速行驶。
直线电机还可以实现列车的制动和调速，提高列车的安全性和舒适性。
3.2 电动汽车直线电机在电动汽车中的应用也越来越广泛。
传统的电动汽车通常采用旋转电机驱动车轮转动，而直线电机可以直接驱动车轮进行直线运动，避免了传统电动汽车中的传动装置，提高了传动效率和能量利用率。
直线电机可以用于电动汽车的加速、制动和定速巡航等功能，提高了电动汽车的性能和续航里程。
直线电机在高端数控机床上的应用
1 引言
直线电机驱动技术至诞生发展至今已越来越成熟，它以精度高、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应用广泛，且应用此项技术还可使机床布局更加紧凑，结构更多变，易于实现整机高刚性，增加机床的总体性能。
随着高速加工技术的迅速发展，对传动及控制系统的要求越来越高，使直线电机驱动技术的研究力度在逐步加大。
因此，加大对直线驱动技术的研究既是技术向更高更快发展的趋势，同时也更能满足市场需要，带来更大的经济效益，成为未来机床发展的必然趋势。
2 应用现状
目前国外一些大型机床厂商都在加大直线驱动技术的研发力度，如日本的森精机、大隈，德国的DMG等。
较为突出的DMG公司近年来一直致力于推广具有代表性的直线驱动应用产品，涵盖车床、车铣复合及加工中心等多款机床，并取得了显著效果，在行业内引起广泛关注。
随着直线电机驱动技术的日益完善，目前，应用直线电机的高档机床，最大快移速度可达120m／min，加速度
2×9.8m/s2，虽然直线电机的实验加速度可达10x9.8m/s2，但由于所驱动部件的质量及惯性问题等影响，使直线电机的使用加速度大大降低。
可以采取固定质量较大零部件方式减少总体驱动质量及采用密度较低的材料作为移动零部件的方法，尽量减少驱动质量，以提高加速度。
未来加速度的提升还有很大空问。
在我国，以清华大学、浙江大学、中国科学院电工所等为代表的多家院校及研究所也一直致力于开发更快更好的直线驱动技术，并通过校企结合等方式应用到实践中来，为此项技术在我国的应用与发展做出不懈的努力，并取得了很大进步。
但我们同样需要正视自己的不足，与目前国际先进水平相比，我国目前机床业依旧存在经济型机床偏多、产品技术含量不高的问题，具有较高技术含量的高档数控机床较少，技术水平与世界先进国家存在一定差距。
因此，需要我们加大机床基础技术和关键技术研究力度，努力追赶国际先进水平，研发出适合我国国情的高档直线电机及相应的控制系统等配套产品，满足高档数控机床产品需要，提高自身总体竞争力。
3 应用难点分析
由于目前直线电机定子多采用永磁材料，本身具有较强磁性，因此在应用直线电机时将会存在一些特异性的问题，合理解决这些问题将成为能否成功应用的关键，具体应用时需注意以下几个方面：
(1)保证动子与定子间的装配尺寸。
直线电机动子与定子的间隙是重要参数，它的微小变化可以引起电机性能的很大改变，间隙过大将直接影响直线电机的出力情况，间隙过小可能会由于磁性吸附杂物对电机造成损坏。
因此，在安装时必
须严格控制，保证电机正常使用。
目前，此间隙一般在1mm左右。
机床设计时，可使用有限元分析软件进行优化分析，设计保证使用间隙，但在装配环节中如何保证此间隙将成为一个重要问题。
(2)减少磁吸力。
目前，直线电机的定子多为稀土永磁体，而稀土永磁体对铁磁性材料的吸力为自身质量的几百倍，且对铁磁性材料具有极强的磁化能力。
实验表明，直线电机永磁定子的法向磁吸力是电机可提供持续推力的10倍左右，且定子的磁吸力与电机动子是否通电无关。
磁吸力存在于定子与动子之间及定子与安装件之间。
布置单电机通常采用平行于部件导轨的方式，此时磁吸力使直线导轨承受力大大增加，致使产生较大的变形，影响了数控机床的加工精度，同时也增大了导轨与滑块之间的压力，进而使滑块移动摩擦力增大，可能会产生推力波动，影响机床的动态性能。
因此，合理减小电机的磁吸力将是一个突出问题。
(3)防磁及抗干扰。
由于直线电机磁场是敞开的，金属灰尘、切屑粉末等磁性材料很容易被电机磁场吸住而妨碍正常工作，甚至损坏电机，因此应对其进行隔磁处理。
另外还需要考虑机床冷却液、润滑油、电缆线等的防护，信号线屏蔽处理，负载干扰与系统控制问题。
由于直线电机驱动系统没有中间传动环节，工件质量、切削力的变化等干扰直接作用于电机，同时，直线电机的边端效应也增加了系统控制难度，所以需要控制器具有较强抗干扰能力，且稳定性好。
(4)发热问题。
直线电机在工作状态下，由于线圈做功的能量损失，将产生很大热量，如果驱动部分空间较小，将使电机动子温度急剧增加，而动子一般处在机床导轨附近，过高的热量将引起机床导轨温度变化太大，致使导轨产生热变形，进而影响机床的工作精度。
同时，动子的温升将引起内部线圈绕组电阻值的增大，如系统需要保持出力不变，必将需要更大的电流，而电流的增大同时伴有更多的能量损耗，使温度更加升高，从而形成恶性循环。
因此，必须采取有效的冷却措施，将温度控制在合理范围内，保证电机正常使用。
4 面向装配的解决方法
针对以上应用中出现的问题，可采用以下解决方法：
(1)保证定子与动子的间隙。
定子与动子的间隙较小，且使用中要求表面平行，当行程较大时，在加工中较难保证。
因此可在动子与移动部件间加装10—20ram厚电工纯铁垫片，不仅可以减少动子通电产生对连接部件的磁吸力，同时方便调节，采用配磨方法进行调整，保证定子与动子间的平行及间隙。
(2)克服定子磁吸力方法。
直线电机理想应用方式为采用水平放置的双边型布局结构，两个电机定子布置于运动模块的两侧，组成倒“v”字型结构。
工作时定子与动子间的磁吸力水平方向的分力抵消为零，垂直方向的分力可抵消移动部件部分重力，减小滑块承载力及滑块与导轨间的摩擦。
定子、动子的连接部分可采用梯形截面设计，保证驱动部分更容易安装在床身、立柱等部件上。
然而，大部分隋况下驱动部分无法做成双边驱动型，因此在进行机床结构设计时，必须要考虑减小磁吸力问题。
装配定子时，强磁吸力的干扰给装配及使用带来不便，可在定子下面加装20mm厚电工纯铁垫片，采用磨削方式达到装配要求精度。
研究
表明20mm电工纯铁可将定子的磁吸力减小90％，大大降低了磁吸力的影响，给装配带来方便。
在装配直线电机时，可采用增加辅助导轨或采用分段安装方式进行装配，即先安装部分定子，然后安装动子，将带有动子的部分移动到已装定子上方，再安装余下定子，可最大程度减少定子与动子间磁吸力对装配的影响。
此外，为保证电机出力平稳，驱动部分布局应尽量做成对称结构。
(3)隔磁与防护。
为避免直线电机的强磁效应带来不良的影响，必须采取措施进行隔磁处理。
可以在定子表面加防护套，或采用折叠式密封防护罩将直线电机的磁场完全封闭起来；也可在驱动部分内部安装喷气装置，从内部向外喷出空气，达到灰尘、切屑粉末不被吸入的目的。
此外，其它部件所需信号电缆及动力电缆等虽然具有屏蔽膜，仍要尽量远离直线电机磁场区域，避免磁场给控制系统带来干扰。
为保证控制系统的稳定性，应用直线电机驱动的机床必须采用全闭环控制。
(4)冷却方式。
常用的冷却措施为水冷，使用冷却水泵将水注入直线电机动子内，水流经过动子线圈绕组旁的冷却水套迂回流出，将动子产生的热量带走，实现冷却循环。
实际应用中，具体冷却参数的确定将视电机参数及其要求而定。
5 结语
直线电机在高档数控机床上的应用已呈加速增长态势，随着直线电机驱动技术的日益改进与完善，未来直线电机将逐步取代传统的丝杠传动方式，使直线驱动技术成为高档数控机床的必备传动形式。
因此，必须逐步完善直线电机使用及维护等其它配套技术，满足多变的市场需要，增加自己的市场竞争能力。
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