一、引言

    數控機床正在向精密、高速、復合、智能、環(huán)保的方向發(fā)展。精密和高速加工對傳動及其控制提出了更高的要求，更高的動態(tài)特性和控制精度，更高的進給速度和加速度，更低的振動噪聲和更小的磨損。問題的癥結在傳統(tǒng)的傳動鏈從作為動力源的電動機到工作部件要通過齒輪、蝸輪副，皮帶、絲杠副、聯軸器、離合器等中間傳動環(huán)節(jié)，在這些環(huán)節(jié)中產生了較大的轉動慣量、彈性變形、反向間隙、運動滯后、摩擦、振動、噪聲及磨損。雖然在這些方面通過不斷的改進使傳動性能有所提高，但問題很難從根本上解決，于是出現了“直接傳動”的概念，即取消從電動機到工作部件之間的各種中間環(huán)節(jié)。隨著電機及其驅動控制技術的發(fā)展，電主軸、直線電機、力矩電機的出現和技術的日益成熟，使主軸、直線和旋轉坐標運動的“直接傳動”概念變?yōu)楝F實，并日益顯示其巨大的優(yōu)越性。直線電機及其驅動控制技術在機床進給驅動上的應用，使機床的傳動結構出現了重大變化，并使機床性能有了新的飛躍。

    二、直線電機進給驅動的主要優(yōu)點

    進給速度范圍寬�？蓮�1(1)m/s到20m/min以上，目前加工中心的快進速度已達208m/min，而傳統(tǒng)機床快進速度<60m/min，一般為20～30m/min。
速度特性好。速度偏差可達(1)0.01%以下。

    加速度大。直線電機最大加速度可達30g，目前加工中心的進給加速度已達3.24g，激光加工機的進給加速度已達5g，而傳統(tǒng)機床進給加速度在1g以下，一般為0.3g。

    定位精度高。采用光柵閉環(huán)控制，定位精度可達0.1～0.01(1)m。應用前饋控制的直線電機驅動系統(tǒng)可減少跟蹤誤差200倍以上。由于運動部件的動態(tài)特性好，響應靈敏，加上插補控制的精細化，可實現納米級控制。
行程不受限制。傳統(tǒng)的絲杠傳動受絲杠制造工藝限制，一般4～6m，更長的行程需要接長絲杠，無論從制造工藝還是在性能上都不理想。而采用直線電機驅動，定子可無限加長，且制造工藝簡單，已有大型高速加工中心X軸長達40m以上。

    結構簡單、運動平穩(wěn)、噪聲小，運動部件摩擦小、磨損小、使用壽命長、安全可靠。

    三、直線電機及其驅動控制技術的進展

    直線電機與普通電機在原理上類似，它只是電機圓柱面的展開，其種類與傳統(tǒng)電機相同，例如：直流直線電機，交流永磁同步直線電機，交流感應異步直線電機，步進直線電機等。

    作為可控制運動精度的直線伺服電機在上世紀80年代末出現后，隨著材料(如永磁材料)、功率器件、控制技術及傳感技術的發(fā)展，直線伺服電機的性能不斷提高，成本日益下降，為其廣泛的應用創(chuàng)造了條件。
近年來，直線電機及其驅動控制技術的進展表現在以下方面：(1)性能不斷提高(如推力、速度、加速度、分辨率等)；(2)體積減小，溫升降低；(3)品種復蓋面廣，可滿足不同類型機床的要求；(4)成本大幅度下降；(5)安裝和防護簡便；(6)可靠性好；(7)包括數控系統(tǒng)在內的配套技術日趨完善；(8)商品化程度高。

    目前世界上直線伺服電機及其驅動系統(tǒng)的知名供應商主要有：德國Siemens公司，Indramat公司；日本FANUC，三菱公司；美國Anorad，科爾摩根公司；瑞士ETEL公司等。