直线电机在数控机床中的应用

数控技术在机床加工中的应用研究摘要：数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段。

它的广泛使用给机械制造业生产方式、产业结构、管理方式带来了深刻变化。

随着高端制造业的不断完善和发展，一些传统的机械加工设施已经完全被数控产品所替代，数控技术已经大幅度加快了产品的新老替换的速度。

因此，加工制造行业对生产产品的精准度又提出了新的生产要求。

就数控机床加工技术现状、特点及在加工中的应用情况进行了分析和研究，对数控技术在机床中的广泛应用提供参考。

关键词：数控；技术；机床；加工1 数控机床加工技术的现状1.1 数控机床技术向精密、高效、柔性、集成的方向发展进入21世纪，我国机床制造业既面临着提升机械制造业水平的需求而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入wto后激烈的市场竞争的压力。

近年来，各工业生产企业和科研单位投入生产使用的精密机床日益增多。

这些精密机床主要是指：座标磨床、高精度丝杆车床、螺纹磨床、齿轮磨床、座标镗床、高精度滚齿机、高精度长刻线机和高精度圆刻线机等。

从技术层面上来讲，加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。

基于高速、复合、智能、环保的数控机床发展的技术平台，已成为发展数控机床产业的关键技术。

从生产上看，成本、质量、生产率和产量、交货期是衡量企业生产能力和市场竞争能力的4个要素，采用传统的非数控生产方式只有达到一定阈值的大批量的规模生产才能取得上述4个方面的统一。

因此，在当前激烈的市场竞争环境下，以生产为中心，企业为主导的卖方市场已转向以市场需求为中心、用户为主导的买方市场，产品需求呈现多样化和个性化，且产品经济寿命大大缩短，这首先将形成以多品种变批量的生产方式为主流的生产环境。

1.2 数控机床技术开发成果显著经过多年的努力，我国机床工具行业有了很大发展，为国民经济和国防建设提供了大量的基础工艺装备。

数控是现代机床的核心技术传统的机床延伸了人的体力，成为工作母机，而数控技术赋予机床一个大脑，使机床变得越来越“聪明”。

D S IG N N WS []丝杠螺母机构是最古老的机械传动副之一，其主要功能是将手轮或电机的旋转运动转换成直线运动。

相比齿轮齿条等其它相同用途的传动副，丝杠螺母传动副具有驱动力矩放大和自锁特性，因此自从机床出现以来，就广泛用于驱动机床的各种移动部件，以实现刀具或工件的进给运动。

早期数控加工机床的配置、技术规格、操作方式、工艺要求等均沿袭传统机床，只是利用计算机控制伺服电机的转动，代替手轮或电机的旋转运动，机床驱动方式并没有发生根本的变化。

然而，由于传统的丝杠螺母副是滑动摩擦副，传动效率低下、改变运动方向时存在间隙等缺点就明显地暴露出来，成为数控机床进一步发展的瓶颈。

因此，需要创造新一代的、高效和高精度的直线驱动装置来满足数控机床对加工精度和效率的要求。

丝杠驱动的创新目前最主流的数控机床直线驱动装置是滚珠丝杠螺母传动副加伺服电机。

滚珠丝杠副由丝杠、螺母和滚珠组成，丝杠的旋转运动通过滚珠与螺母的接触，将旋转运动转变成直线运动。

由于滚动摩擦的摩擦阻力很小，驱动同样部件所需的动力仅为滑动丝杠副的1/3。

滚动丝杠在传动效率高的同时，在高进给速度、高荷载下的发热量也大大降低。

除了摩擦阻力小以外，滚珠丝杠副无背隙、无爬行的特性一举解决了数控机床提高加工精度的障碍。

滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动摩擦副那样的爬行现象，当滚珠丝杠副预紧后，由于预紧力可使轴向间隙达到负值，不单是可以消除背隙，丝杠传动副的刚性也得到提高。

直线电机驱动近年，面对数控机床发展上更高切削速度、更高的生产效率和更大的工艺范围这三种趋势，机床直线驱动装置的创新基于滚珠丝杠副的机床驱动方式开始不能完全满足机床高性能的需要，机床设计师开始寻找新的驱动方式。

直线电机驱动是最有潜力取代滚珠丝杠的新驱动模式，有赖于上世纪80年代末永磁材料、功率器件、控制技术及传感技术发展，直线伺服电机的性能不断提高，成本日益下降，为在机床上广泛应用创造了条件。

• 导轨：支撑动子并引导其运动
直线电机的分类与特点
直线电机的分类
• 扁平型直线电机
• 圆柱型直线电机
• 永磁同步直线电机
• 电磁感应直线电机
各类直线电机的特点
• 扁平型直线电机：结构紧凑，适用于短行程、高速运动
• 圆柱型直线电机：适用于长行程、高推力运动
• 永磁同步直线电机：效率高，适用于高速、高精度运动
• 加速度可达2g以上
高精度
• 定位精度可达±0.1μm
•达数百牛顿
• 可连续提供恒定推力
直线电机的优点

结构简单
• 无需中间转换装置，减少机械损耗
• 体积小，重量轻

高效率
• 能量转换效率高，可达**90%**以上
• 发热量低，散热效果好
⌛️
高响应
直线电机在其他领域的应用实例与前景
应用实例
应用前景
• 医疗器械：X射线机、心电图机等
• 拓展直线电机在其他领域的应用
• 太阳能设备：太阳能跟踪系统
• 提高直线电机性能，降低成本
• 汽车制造：发动机、座椅调节器等
• 促进直线电机技术的发展与创新
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05
直线电机的应用实例与分析
直线电机在数控机床中的应用
应用实例
应用分析
• 工作台驱动
• 高速度、高精度、高效率
• 主轴驱动
• 减小机床体积，降低成本
• 刀库驱动
直线电机在自动化生产线中的应用
应用实例
• 机器人手臂驱动
• 输送系统驱动
• 装配设备驱动
应用分析
• 高速度、高精度、高效率

直线电机主要应用于三个方面：一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；二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。

在实际工业应用中的稳定增长,证明直线电机可以放心的使用。

本期讨论直线电机的运用Linear motor:直线伺服电机应用昆山佳德锐自动化系统销售中心 交流论坛： www.hilife.me工业之美什么是直线电机特点1.什么是直线电机 直线电动机（或称线性马达）（Linear motor）是电动机的一种，其原理与传统的电动机不同，直线电机是直接把输入电力转化为线性动能，与传统的扭力及旋转动能不同。

直线电机又分为低加速及高加速两大类，当中低加速直线电机适用于磁悬浮列车及其他地面交通工具，而高加速直线电机能把物件在短时间内加至极高速度，适用于粒子加速器、制造武器等。

2.直线电机是如何工作的下面简单介绍直线电机类型和他们与旋转电机的不同，最常用的直线电机类型是平板式，U型槽式和管式。

线圈的典型组成是三相，有霍尔元件实现无刷换相，直线电机用HALL换相的相序和相电流。

直线电机经常简单描述为旋转电机被展平，而工作原理相同。

动子（forcer,rotor)是用环氧材料把线圈压缩在一起制成的，而且磁轨是把磁铁（通常是高能量的稀土磁铁）固定在钢上.电机的动子包括线圈绕组，霍尔元件电路板，电热调节器（温度传感器监控温度）和电子接口。

在旋转电机中，动子和定子需要旋转轴承支撑动子以保证相对运动部分的气隙（airgap）。

同样的，直线电机需要直线导轨来保持动子在磁轨产生的磁场中的位置。

和旋转伺服电机的编码器安装在轴上反馈位置一样，直线电机需要反馈直线位置的反馈装置--直线编码器，它可以直接测量负载的位置从而提高负载的位置精度。

3.直线电机分类管状直线电机圆柱形动磁体直线电机的磁路与动磁执行器相似。

区别在于线圈可以复制以增加行程。

典型的线圈绕组是三相组成的，使用霍尔装置实现无刷换相。

数控技术历史发展趋势及新技术论文数控技术，简称数控（Numerical Control ）即采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。

它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。

数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。

发展历史1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。

由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。

1949年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。

1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心( MC Machining Center)，使数控装置进入了第二代。

1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。

60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。

1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。

20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。

20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。

现在，数控技术也叫计算机数控技术（Computerized Numerical Control 简称：CNC），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。

上述数据对于其他直线 电动机及旋转 电动 饥都无法达到 。 并且运行速度 也很 高 ， 一般速度可达几米／ 秒。
图 ３ 永磁直线无刷直流电动机双负反馈控制框图
（ ３ ） 高刚度 。 直 线无刷 直流 电动机 是动子 与机械 负载直 接连 参 考 文献 １ ］ 唐 任远． 现代永磁 电机理论与设计［ Ｍ ］ ． 北京： 机械 工业 出版社， 接， 电机 与负载之 间刚性很 强。 刚度要 比滚珠丝杆 传动 的刚度高 ［ １ ９ ９ ７ ． ５ ～１ ０ 倍。 ２ ３ 蒋朝霞． 直线 电机在数控车床上的应用［ Ｊ ］ ． 电机 与控制应用， ２ ０ ０ ７ ． （ ４ 履 行平稳性好、 定位精度高。 直线无刷直流电动机的定子和动 ［
数控 加 工 经历 了６ ０ 多年 的 发 展 ， 已成 为应 用 于 当代 各 个 制造 领 子采用无铁心或有铁心两种 ， 两者均可消除齿槽效应， 电机运行很平 域 的先进制造技术的基础。 数控加工的最 大特征有两点 ： 一是可 以 稳 。 若 采 用 反馈 闭环 控 制 系统 ， 定 位 精度 更 高 ， 可 达 Ｎｏ ． ５ “ ｍ以 下 。 极大地提 高精 度 ， 包括 加工质量精度 及加工时间误差精度。 （ ５ ） 维护方便 、 可靠、 耐用性好 。 直线无刷直流 电动机不存在摩 擦接触 ， 因此维护方便 、 可靠、 耐用性好 。 １ 永 磁直 线无 捌直 流 电动机 的 工作原 理
数 控 技 术
永磁式直线无刷直流 电动机在数控机床上精控定位的设计
任 黎 明
（ 唐ｄ ４ ￣Ｊ ， ｋ 技 术 学院机 电工程 系 河 北唐 山 ０ ６ ４ ０ ０ ２ ）
摘要： 介 绍 了永磁 式 直线无刷 直流 电动机 的原理 与特点 ， 并设计 了它在 数控机床 上精 控定位 的框 图， 然后 采Ｒ ］ Ｐ ＭＡＣ 克服 电机不足 ， 来 实现 数 控机床 工作 台的精控 定位 。 关键词 ： 永磁 式直线 无刷 直流 电动 机 数控机床 精 控定 位 双反馈 中图分 类号： Ｉ ． Ｍ３ ５ ９ ． ４ Ｔ Ｇ ６ ５ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ７ — ９ ４ １ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ３ ６ ０ １

详细描述
刚度是指数控机床在受到外力作用时，进给 传动系统抵抗变形的能力。高刚度的数控机 床能够减小受力变形对加工精度的影响，提 高加工质量。
速度与加速度
总结词
速度与加速度是衡量数控机床进给传动系统 动态性能的指标。
详细描述
速度与加速度是指数控机床在加工过程中， 进给传动系统能够达到的最大移动速度和加 速度。高速度和高加速度的数控机床能够缩
更换磨损件
对磨损严重的部件进行更 换，保证进给传动系统的 正常运行。
调整参数
根据实际运行情况，对进 给传动系统的参数进行调 整，优化其性能。
常见故ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ诊断与排除
噪音异常
温度过高
检查进给传动系统是否有异常噪音， 判断是否需要更换轴承或齿轮。
检测进给传动系统的温度，如温度过 高，需检查润滑系统是否正常工作。
03
数控机床进给传动系统的分 类
滚珠丝杠螺母副传动
总结词
滚珠丝杠螺母副传动是数控机床中最常用的进给传动方式之一，具有高精度、 高刚度、高可靠性的特点。
详细描述
滚珠丝杠螺母副传动通过将旋转运动转换为直线运动，实现工作台的进给运动。 其优点在于传动效率高、传动精度稳定、使用寿命长，且具有较高的刚度，能 够满足大多数数控机床的进给传动需求。
运行抖动
观察进给传动系统的运行情况，如有 抖动现象，需检查传动轴是否松动或 损坏。
06
数控机床进给传动系统的未 来发展
高精度化
总结词
随着制造业对产品精度要求的不断提高，数控机床的进给传动系统需要实现更高程度的 精度控制。
详细描述
高精度化是数控机床进给传动系统未来的重要发展方向。通过采用先进的控制系统、高 性能的传动元件和精密加工技术，可以提高数控机床的定位精度、重复定位精度和加工

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。
海关承担着大量物品的进出分拣，过去也和邮政分拣相类似，现在有些海关，如国内深圳海关就采用了由浙江大学提供直线电机驱动 的物流分拣线，使用效果很好。 高速响应 由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），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。 运动动安静、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。 直线电机和传统的旋转电机+滚珠丝杠运动系统的比较
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。 近 几年来，世界上一些发达国家开始将直线电机技术 应用于数控机床直线运动驱动系统中，代替传统的 伺服电机+滚珠丝杠副驱动系统，取得了巨大的成功 。
直线电机和传统的旋转电机+滚珠丝杠运动系统的比较
▪ 在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最 大区别是取消了从电机到工作台（拖板）之间的机械传动环节，把机 床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为"零传动"。 正是由于这种"零传动"方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性 能指标和优点。

直线电机工作原理直线电机是一种新型的电机，它采用线性运动的方式，因此又称为直动电机或线性电机。

与传统的旋转电机不同，直线电机具有高速度、高精度、高效率、高加速度和高响应速度等特点，因此在机床、起重机、磁悬浮列车、空气动力飞机等领域得到了广泛应用。

本文将介绍直线电机的工作原理及其优缺点。

一、直线电机的工作原理直线电机的工作原理与传统的旋转电机有很大不同。

传统电机内部的旋转部件，如转子和零件，将电能转化为机械能，因此它们的输出是旋转的。

与之相反，直线电机内部没有旋转部件，而是以线性运动的方式来转化电能为机械能。

因此，直线电机的输出是线性运动的。

简单来说，直线电机由定子和滑块两部分组成，它们之间的电磁作用力使滑块在定子轨道上做直线运动。

直线电机的定子上面安装有一组同步直线电机驱动线圈，这组驱动线圈会产生一定的磁场。

滑块则上面安装有一组磁铁，当磁铁和驱动线圈之间有磁场时，就会产生一定的电磁作用力。

根据安装的方式不同，电磁作用力可能为吸力或推力，在定子上作用力方向相反，在滑块上则相同。

这样，在不断的作用力下，滑块会不断地在定子轨迹上运动，完成直线运动的输出。

二、直线电机的优缺点1. 优点（1）高速度和高精度：直线电机具有很高的速度和精度，其速度能达到几百公里每小时，而精度能够达到很高的水平，适用于高精度加工。

（2）高效率：由于直线电机没有机械传动机构，能量转化效率高，能避免能量损失，提高效率。

（3）高加速度和高响应速度：直线电机输出响应时间快，加速度高，能够实现快速的加速和减速，提高生产效率。

（4）不易受到污染：由于直线电机没有旋转部件，因此它不容易受到污染。

2. 缺点（1）安装和维护困难：由于直线电机的结构比较特殊，安装和维护比较困难，需要专业技术人员操作。

（2）价格高：由于直线电机具有高速度、高精度、高效率等优点，因此价格相对较高，使其应用受到一定的限制。

（3）仅适用于线性运动：直线电机只适用于线性运动，对于旋转运动需要其他设备进行转换处理，成本较高。

三相直线电机原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述三相直线电机是一种重要的直线运动执行元件，它利用三相交流电流在定子上产生交变磁场，从而驱使导体（电流）在磁场中受到洛伦兹力而产生直线运动。

与传统旋转电机相比，三相直线电机具有结构简单、响应速度快、功率密度大、精度高等特点。

在工业自动化、航空航天、制造业等领域有着广泛的应用。

本文将从三相直线电机的基本原理、工作特点以及应用领域等方面进行深入分析和探讨。

文章结构部分内容如下：1.2 文章结构：本文将详细介绍三相直线电机的基本原理、工作特点以及应用领域。

首先将从引言部分对该主题进行概述，接着将详细阐述三相直线电机的基本原理，包括其结构、工作原理等内容。

然后将探讨三相直线电机的工作特点，包括其优势和局限性。

最后将介绍三相直线电机在不同领域的应用情况，以及展望该技术未来的发展。

通过对这些方面的全面讨论，读者将能够全面了解三相直线电机的原理及其在工程领域中的重要性。

1.3 目的目的部分：本文旨在介绍三相直线电机的基本原理、工作特点以及应用领域，通过对其工作原理和特点的深入剖析，使读者能够更全面地了解三相直线电机的运行机制和特性表现，为相关领域的研究和应用提供理论支持和参考。

同时，通过文章的撰写，也旨在加深读者对三相直线电机的理解，促进其在实际应用中的推广和发展。

2.正文2.1 三相直线电机的基本原理三相直线电机的基本原理是利用电磁场的作用原理，通过三相交流电源作为动力源，通过电流在电磁铁中产生的磁场与永磁体或者铁芯之间的相互作用，来产生直线运动的力。

三相直线电机由电磁铁组成，通常包括三个独立的绕组，每个绕组分别与一个相位的交流电源相连。

当三相交流电源输入到电磁铁中时，根据交流电的不同相位，电磁铁内部会产生交变磁场，导致电磁铁中的磁场的方向和大小随着时间的变化而变化。

根据洛伦茨力的作用，当电磁铁内的磁场与永磁体或者铁芯之间的磁场发生相互作用时，就会产生一个力，这个力可以让电磁铁内部的活动部件（通常是转子）产生直线运动。

切削技术在机床加工领域的发展趋势分析作者：李德伟张宁来源：《科技传播》2013年第08期摘要随着各领域经济的飞速发展，对于部件的加工的高速度，高精确度要求给机床切削加工带来了巨大的挑战，高速切削是现代切削技术的发展要求。

本文介绍了高速切削基本含义和优势性分析，讨论实现高速切削需要的机床条件以及高速切削的良好发展趋势。

关键词切削技术；机床；高速切削；发展趋势中图分类号 TH16 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2013）89-0000-020 引言机床加工是加工制造业部件加工的主要方式，而切削加工是机床加工制造技术的一个基本工艺。

在数控机床加工技术发展的今天，切削的高速度、高精度和高给进是切削工艺在机床加工领域发展的重要趋势。

航天航空、汽车船舶、能源军事等社会各领域的机械和装备部件和模具的高精密度的需要对机床加工的切削技术提出了更高的要求，高速切削和高精密度的切削成为了切削技术在机床加工领域的发展趋势。

1 高速切削概述1.1 高速切削的概念高速切削的概念最早是由物理学家萨洛蒙提出的。

他通过切削试验得出结论，即：切削速度加快，切削温度相应提高。

但是当达到临界点的时候，切削速度加快，切削温度却开始下降。

高速切削的含义可从两个方面理解，一是在进行切削时主轴运转的高速性；另一个是进行切削时加工进给的高速性。

1.2 高速切削的优势性高速切削与普通的切削加工方法比较而言，具有明显的优势性：首先，因为切削和进给的速度都有了大幅度的提高，使得在一定时间内的材料切除率也相应的提高4～5倍，极大的提高加工效率。

其次，切削力大大低于普通切削，对于一些特殊要求的加工部件可实现高精密度的加工。

高速切削产生的热量散发性好，工件处于冷态加工状态，减少了工件的变形情况，对于耐热度差的零部件加工尤为适合。

同时减少了刀具的磨损，耐用度有所提高，延长了刀具的使用寿命，降低了加工成本，特别适用于加工薄板薄壁刚性低的零部件。

详解直线电机的工作原理导语：我国的直线电机的研究和应用是从20世纪70年代初开始的。

目前主要成果有工厂行车、电磁锤、冲压机等。

我国直线电机研究虽然也取得了一些成绩，但与国外相比，其推广应用方面尚存在很大的差距。

目前，国内不少研究单位已注意到这一点。

我国的直线电机的研究和应用是从20世纪70年代初开始的。

目前主要成果有工厂行车、电磁锤、冲压机等。

我国直线电机研究虽然也取得了一些成绩，但与国外相比，其推广应用方面尚存在很大的差距。

目前，国内不少研究单位已注意到这一点。

直线电机的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。

它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成，由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。

在实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。

直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。

考虑到制造成本、运行费用，目前一般均采用短初级长次级。

直线电动机的工作原理与旋转电动机相似。

以直线感应电动机为例：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。

如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动;反之，则初级做直线运动。

直线电机的驱动控制技术一个直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机，还必须具有能在安全可靠的条件下实现技术与经济要求的控制系统。

随着自动控制技术与微计算机技术的发展，直线电机的控制方法越来越多。

对直线电机控制技术的研究基本上可以分为三个方面：一是传统控制技术，二是现代控制技术，三是智能控制技术。

传统的控制技术如PID反馈控制、解耦控制等在交流伺服系统中得到了泛的应用。

其中PID控制蕴涵动态控制过程中的过去、现在和未来的信息，而且配置几乎为优，具有较强的鲁棒性，是交流伺服电机驱动系统中基本的控制方式。

数控机床的现状数控机床是数字控制机床的简称, 它的控制系统能够逻辑化处理编码及指令程序, 并将其译码, 指示机床加工所需零件。

数控机床通常由四个系统组合而成, 分别是:a.控制系统。

b.伺服系统。

c.检测系统。

d.机械系统[1]。

目前, 随着数控技术的发展, 其应用领域越来越广泛, 世界各国都在大力发展围绕数控技术展开的先进制造技术。

近年来, 随着我国经济的飞速发展, 设备需求变得越来越高, 这就给国内机械制造业带来了高技术要求, 在提高生产效率方面, 数控技术成为关键性部分。

虽然我国现已拥有100 多家数控机床生产厂家, 生产产品也有多达几千种, 但在全球机床中的比例却依然很低, 还不到5%[2]。

相比于发达国家, 我国数控技术存在着许多不足, 主要表现于以下几点。

第一, 照搬照抄, 创新度低。

我国的数控技术依然在模仿国外的数控市场, 对于已有的国外产品照搬照抄, 别人做什么我们就做什么, 过度依赖国外技术, 没什么创新的成分[3]。

技术引进这条加速我国数控技术发展的道路我们也没有正确的应用, 我们并没有对它进行充分的、彻底的消化吸收, 而是仅仅停留在掌握现有技术及提高国产化率上。

这样下去我们对国外数控技术的依赖性会越来越强, 根本无法摆脱。

第二, 不完善的技术创新环境。

国内数控技术企业的技术创新意识薄弱。

并不强烈的对经济利益的追求和未怎么感受到的外部市场竞争压力,使得企业并没有多少技术创新的动力, 无法形成有利于我国企业技术创新的竞争环境。

一种良好的技术创新机制也是一个优秀企业必不可少的, 可我国绝大多数的企业技术创新组织并没有建立起这种机制, 整体看来还是一盘散沙。

若要取得高水平的科研成果, 目前看来还是无法达到的。

第三, 产品可靠性不高。

平均无故障时间(MTBF) 一般用来确定产品的可靠性。

国外数控系统的MTBF都在10 000h以上, 而国产数控系统的MTBF仅是国外数控系统的30%~60 %, 这会极大影响产品在市场中的占有率[4]。

一、实验目的1. 了解直线电机的基本原理和结构；2. 掌握直线电机的驱动和控制方法；3. 通过实验验证直线电机在实际应用中的性能。

二、实验原理直线电机是一种将电能直接转换为直线运动机械能的电机。

它由定子、转子和电磁铁组成。

当电磁铁通电后，在定子和转子之间产生磁场，从而产生电磁力，使转子沿着直线运动。

三、实验设备与器材1. 直线电机实验平台一套；2. 直流电源一台；3. 电流表、电压表、万用表等测量仪器；4. 计算机一台，用于数据采集和分析；5. 实验软件一套。

四、实验步骤1. 熟悉直线电机实验平台的结构和原理，了解各个部件的功能。

2. 将直线电机实验平台连接到直流电源，调整电源电压至实验要求。

3. 使用电流表、电压表等测量仪器，测量直线电机的输入电压和电流。

4. 启动实验软件，开始数据采集。

记录直线电机的运动速度、加速度等参数。

5. 调整电源电压，观察直线电机在不同电压下的运动性能。

6. 改变直线电机的负载，观察负载对电机性能的影响。

7. 分析实验数据，总结直线电机在不同工况下的性能特点。

五、实验结果与分析1. 直线电机在不同电压下的运动性能：实验结果显示，随着电源电压的升高，直线电机的运动速度和加速度也随之增加。

这是因为电磁力与电流成正比，电压升高，电流增大，电磁力增强，从而提高电机性能。

2. 负载对直线电机性能的影响：实验结果表明，直线电机在负载增加的情况下，运动速度和加速度会有所下降。

这是因为负载增加导致电机需要克服更大的阻力，从而降低了电机的运动性能。

3. 直线电机的控制方法：实验过程中，通过调整电源电压，实现了对直线电机运动速度和加速度的控制。

此外，还可以通过改变电流方向和大小，实现对直线电机运动方向的调整。

六、实验结论1. 直线电机是一种将电能直接转换为直线运动机械能的电机，具有结构简单、运动平稳、响应速度快等优点。

2. 直线电机的性能受电源电压、负载等因素的影响。

通过调整电源电压和负载，可以实现对直线电机运动性能的控制。

直线机电工作原理直线机电是一种将电能转化为机械能的装置，它利用电磁力的作用使机电产生直线运动。

直线机电由定子和活动子组成，定子上有一组线圈，活动子上有一组永磁体。

当通电时，定子线圈中产生的电流会产生磁场，与活动子上的永磁体相互作用，从而产生电磁力，推动活动子沿直线方向运动。

直线机电的工作原理可以分为两种类型：传统型直线机电和磁悬浮型直线机电。

传统型直线机电的工作原理如下：1. 定子线圈通电：当定子线圈通电时，会产生磁场，磁场的方向和大小由电流的方向和大小决定。

2. 活动子上的永磁体：活动子上的永磁体味受到定子磁场的作用，产生电磁力。

3. 电磁力作用：电磁力会使活动子受到推动，沿直线方向运动。

4. 反向电流：当活动子运动到一定位置时，反向电流会通过定子线圈，改变磁场的方向，从而改变电磁力的方向，使活动子保持在目标位置。

磁悬浮型直线机电的工作原理如下：1. 定子线圈通电：当定子线圈通电时，会产生磁场，磁场的方向和大小由电流的方向和大小决定。

2. 磁悬浮：定子磁场和活动子上的永磁体相互作用，产生磁悬浮效应，使活动子悬浮在定子上，减少了磨擦和磨损。

3. 电磁力作用：定子线圈中的电流变化会产生电磁力，推动活动子沿直线方向运动。

4. 反馈控制：通过传感器检测活动子的位置和速度，并将信息反馈给控制系统，控制系统根据反馈信息调整电流的大小和方向，使活动子保持在目标位置。

直线机电具有以下优点：1. 高效率：直线机电没有传统旋转机电中的传动装置，能够直接将电能转化为机械能，提高了能量转化的效率。

2. 高速度和加速度：直线机电由于没有传动装置的限制，具有较高的速度和加速度，适合于高速运动和快速响应的应用。

3. 精确定位：直线机电的运动精度高，能够实现精确的定位控制，适合于需要高精度定位的应用。

4. 静音运行：直线机电没有齿轮和传动带等传动装置，运行时噪音较小，适合于对噪音要求较高的应用。

5. 长寿命：由于直线机电没有传动装置，磨擦和磨损较小，具有较长的使用寿命。

分析并评价高速数控机床三种进给系统冯青凯沈阳理工大学机械工程学院，辽宁摘要:明确高速加工对机床进给系统的要求。

比较和分析滚珠丝杠、直线电机和并联虚拟轴机构等三种高速进给系统的性能、特点、存在问题及其解决办法，并指出它们各自的适用范围和应用前景。

关键词:高速数控机床；进给系统；滚珠丝杠；直线电机；并联虚拟轴机构Analysis and evaluation on three feed drive systems ofCNC high speed machine toolFeng Qingkaimechanical engineering College of Shenyang University, LiaoningAbstract:Determine the request of high speed machining to the feed pare and analyse the ball screw,linear motor and parallel virtual mechanism used in high speed feed system in their performance,characteristic,problem and its solution.Their application and development trend are pointed out.Key words:High speed machine tool;feed system;ball screw;linear motor;parallel virtual mechanism0前言高速加工的切削速度为常规切速的10倍左右。

为保证零件的加工精度、表面质量和刀具的耐用度,刀具每齿进给量基本保持不变,则进给速度也必须相应提高10倍左右,达到60m/min 以上,有的甚至高达120m/min。

大的进给量和快速移动速度,本身也缩短了切削工时和辅助工时。

05
直线电机的选型与考虑因 素
直线电机的选型与考虑因素
• 直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能 的电力传动装置。它在许多领域都有广泛的应用， 如自动化设备、数控机床、印刷机械、纺织机械、 包装机械等。下面我们将介绍直线电机的选型及需 要考虑的因素。
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直线电机简介介 绍
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目录
• 直线电机概述 • 直线电机的特点与优势 • 直线电机的应用领域 • 直线电机的发展趋势与挑战 • 直线电机的选型与考虑因素
01
直线电机概述
直线电机的定义
定义
直线电机是一种将电能直接转换 成直线运动机械能的电力传动装 置。
基本构成
初级（绕组）和次级（永磁体或 者电磁铁）两部分组成。
直线电机的分类
按照结构形式分类
可分为单边扁平型、双边扁平型、圆 盘型、圆筒型（或称为管型）等。
按照工作原理分类
可分为直流直线电机、交流直线电机 、步进直线电机、永磁直线同步电机 、直线感应电机、压电直线电机等。
02
直线电机的特点与优势
直线电机的特点与优势
• 直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的电力传动 装置。它具有结构简单、定位精度高、反应速度快、灵敏度高 、随动性好、工作安全可靠、寿命长等众多优点。以下是直线 电机的一些主要特点与优势。
直线电机的工作原理
工作原理
当初级绕组通入交流电后，在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将 感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果 初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。
工作特点
直线电机无需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。