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直线电机在高速精密加工中的应用
摘要
直线电机直接驱动方式是高速精密机床进给系统的一种理想驱动方式。本文首先介绍了直线电机的发展历程，说明了其工作原理及优缺点。其次，探究了高速精密加工对机床进给系统的要求,以及直线电机在高速精密机床上应用所具备的优点与存在的问题。
关键词：直线电机；高速精密加工；机床

Abstract
Linearmotordirectdriveisakindofidealdrivemodeoffeedsystemofhigh-speedprecisionmachinetool.Firstly,Thispaperintroducesthedevelopmentoflinearmotor，andillustratesitsworkingprinciple、advantagesanddisadvantages。Secondly,thispaperexplorestherequirementofthefeedsystemofhigh-speedprecisionmachinetool,andthelinearmotorhastheadvantagesofandproblemsexistingintheapplicationofhigh-speedprecisionmachinetool.
Keyword:linearmotor,high-speedprecisionmachining,machinetool

引言
高速精密加工技术越来越引起人们的关注。实现高速精密加工的关键技术之一，是开发具有高速能力的精密数控机床。数控机床具有高柔度、高精度、高速度、高效率和高可靠性等特，其应用范围迅速扩大，发挥的作用也愈来愈大，所处的地位变得越来越重要。高速加工技术采用比常规加工高5～10倍的切削速度和进给速度进行加工，可大大减少加工时间，同时还可以减小切削力和提高加工质量，正是在这种环境下，直线电机直接驱动的高速进给系统应运而生，实践证明它也是实现高速精密加工的理想驱动方式。
直线电机
1.1直线电机的原理
直线电机是一种将电能直接转化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。由于采用了“零传动”，从而较传统传动方式有明显的优势，如结构简单、无接触、无磨损、噪声低、速度快、精度高等。近年来，随着工业加工质量和运动定位精度等要求的提高，直线电机受到了广泛的关注。在国外，直线电机驱动技术已进入工业化阶段，特别是在高速精密加工中已经有了广泛应用，但国内尚处于起步阶段。
直线电机是将传统的旋转电机沿径向切开，并展成平面而成，如图1-1所示。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。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。直线电机不仅在结构上相当于从旋转电机演变而来，而且其基本原理也与旋转电机相似，在直线电机的三相绕组中通入三相对称正弦电流后，将产生气隙磁场。当不考虑铁心两端开断引起的纵向边端效应，此气隙磁场与旋转电机的相似，可看成是沿直线运动方向呈正弦形分布，当三相电流随时间变化时，气隙磁场将沿直线运动。这个磁场与永磁体的励磁磁场相互作用产生电磁推力。由于次级固定不动，动子便会沿行波磁场运动的相反方向作直线运动，其运动速度为同步转速。

图1-1由旋转电机演变为直线电机的过程

1.2历史、现状及前景
1.2.1发展历史
直线电机的历史最早可追溯到1840年惠斯登提出和制作雏形但不成功的直线电机,至今已有160多年。其发展大致可分为三个阶段:探索实验阶段(1840—1955)、开发应用阶段(1956—1970)和实用商品化阶段(1971—至今)。
第一阶段是直线电机探索实验和部分实验应用时期。由于直线电机还没能找到唯独它能解决问题的领域,以及直线电机在设计方面也没有突破性的成功,所以直线电机在这一时期绐终未能得到真正的应用。
第二阶段是直线电机全面的开发阶段。在这期间,以英国E·Laithwaite教授为首的一些人在强调直线电动机的基础研究的情况下,取得了不少研究成果,包括发表直线电机理论分析文章和出版比较系统介绍直线电机的专著《InductionMachinesforSpecialPurposes》。这些给直线电机领域起到了一个推动作用,作出了开创性的贡献,也使直线电机再一次受到了重视。
从1971年开始直线电机进入了独立应用阶段。在这个时期,研究人员终于选择一条适合直线电机自身发展的独特思路。各类直线电机的应用得到了迅速的推广,出现了许多具有实用价值的产品,如运煤机、空压机、冲压机等。
1.2.2研究现状
近几年,直线电机发展十分