直驅(qū)技術(shù)即采用大推力力矩電機(jī)或直線電機(jī)替代原有的包括齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)、滾珠絲杠傳動(dòng)，即用電氣傳動(dòng)替代機(jī)械傳動(dòng)。直驅(qū)技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)有上百年的歷史，近幾年，被大規(guī)模地應(yīng)用在智能制造和運(yùn)控方面，主要包括機(jī)床、半導(dǎo)體、激光加工、3C電子、鋰電池等行業(yè)。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)直驅(qū)行業(yè)快速發(fā)展，市場(chǎng)應(yīng)用更為普及，這得益于制造業(yè)整體的轉(zhuǎn)型升級(jí)。裝備制造企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力是創(chuàng)新，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展也是裝備制造企業(yè)推進(jìn)智能制造轉(zhuǎn)型的途徑之一。直驅(qū)應(yīng)用是最近幾年運(yùn)動(dòng)控制市場(chǎng)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，其產(chǎn)品技術(shù)是一項(xiàng)整體系統(tǒng)工程，涵蓋了直線電機(jī)、力矩電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器模組，傳感器等多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域。

直驅(qū)電機(jī)在機(jī)床行業(yè)普及

直線電機(jī)因傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少了插補(bǔ)滯后的問(wèn)題，定位精度、重現(xiàn)精度、絕對(duì)精度，通過(guò)位置檢測(cè)反饋控制都會(huì)較“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，滾珠絲杠”高，且容易實(shí)現(xiàn)。直線電機(jī)定位精度可達(dá)0.1μm。

傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)組成的數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)，零件比較多，操作比較復(fù)雜，一般是由伺服電機(jī)+軸承+聯(lián)軸器+絲杠+構(gòu)成該系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，這樣的一套系統(tǒng)，其慣性質(zhì)量大，動(dòng)態(tài)性能的提高受到了很大的限制。零部件在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生的彈性變形、摩擦損耗以及難以消除，且隨著使用時(shí)間的增加該弊端會(huì)越來(lái)越突出，造成定位的滯后和非線性誤差，從硬件上嚴(yán)重影響了加工精度。

而近幾年的永磁直線同步電機(jī)（PMLSM）這種近乎理想的進(jìn)給傳動(dòng)方式，漸漸取代了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，得到了快速的發(fā)展。它打破了傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠”的傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)了“零傳動(dòng)”。通過(guò)電磁效應(yīng)，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，不需要任何的中間機(jī)構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、彈性形變、反向間隙、摩擦、振動(dòng)、噪音及磨損等不利因素，極大地提高了伺服系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力和控制精度。

和傳統(tǒng)行業(yè)相比，直驅(qū)技術(shù)有非常天然的優(yōu)勢(shì)，如具有精度高（精度直接取決于控制技術(shù)和傳感技術(shù)）、速度快（直線電機(jī)可達(dá)100m/min,力矩電機(jī)可達(dá)500rpm）、無(wú)磨損（沒(méi)有機(jī)械磨損）、無(wú)間隙（沒(méi)有機(jī)械物理間隙）、受力狀態(tài)優(yōu)良（區(qū)域出力，沒(méi)有點(diǎn)接觸和線接觸受力環(huán)節(jié)）等等，可以很好的應(yīng)用在機(jī)床行業(yè)，并大力推動(dòng)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展。

直驅(qū)電機(jī)在機(jī)床應(yīng)用上的主要優(yōu)勢(shì)

機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)方式的最大區(qū)別是取消了從電動(dòng)機(jī)到工作臺(tái)之間的一切中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)。這種傳動(dòng)方式即稱(chēng)“直接驅(qū)動(dòng)”，慣稱(chēng)為“直線驅(qū)動(dòng)”，亦稱(chēng)為“零傳動(dòng)”。這種“零傳動(dòng)”方式帶來(lái)了原旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式無(wú)法達(dá)到的性能指標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也帶來(lái)了新的矛盾和問(wèn)題。

隨著直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，直線電機(jī)與傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，滾珠絲杠”的驅(qū)動(dòng)方式的對(duì)比引起業(yè)界的關(guān)注。直線電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，無(wú)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不受離心力作用。因此，直線電機(jī)的速度可以達(dá)到很高，而且調(diào)速方便，適用于高速場(chǎng)合。

采用直線電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由于具有響應(yīng)快、精度高的特點(diǎn)，已成功地用于異型截面工件的計(jì)算機(jī)控制的精密車(chē)削和磨削加工。與傳統(tǒng)的采用“靠?！奔庸ぎ愋蛢?nèi)外圓輪廓的方法相比，具有編程修改靈活、加工精度高的特點(diǎn)，十分適合多品種、小批量產(chǎn)品的加工。

直線電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機(jī)—絲杠系統(tǒng)，消除了機(jī)械傳動(dòng)鏈帶來(lái)的誤差、間隙和速度的限制等一系列影響精度、速度和動(dòng)態(tài)性能的環(huán)節(jié)，使電機(jī)和負(fù)載之間直接耦合，具備高速度、高加速度、高負(fù)載定位精確性、快速循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)，可獲得很高的動(dòng)態(tài)性能，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、緊湊，已經(jīng)成為高檔數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用點(diǎn)，高速度、高加速度的直驅(qū)系統(tǒng)在加工中心、數(shù)控銑床、車(chē)床、磨床、符合加工機(jī)床、激光加工機(jī)床及重型機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用，這類(lèi)機(jī)床在航空、汽車(chē)、模具、能源、通用機(jī)械等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮特殊的作用。

直驅(qū)電機(jī)助力機(jī)床性能騰飛

由于自動(dòng)控制技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，對(duì)各類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)的定位精度提出了更高的要求。傳統(tǒng)機(jī)床領(lǐng)域最大的痛點(diǎn)就是，傳動(dòng)鏈從作為動(dòng)力源的電動(dòng)機(jī)到工作部件要通過(guò)齒輪、蝸輪副，皮帶、絲杠副、聯(lián)軸器、離合器等中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，在這些環(huán)節(jié)中產(chǎn)生了較大的轉(zhuǎn)彈性變形、反向間隙、運(yùn)動(dòng)滯后、摩擦、振動(dòng)、噪聲及磨損等問(wèn)題

而隨著工業(yè)的發(fā)展對(duì)數(shù)控機(jī)床的精密度和高速加工需求不斷提高，機(jī)床逐漸趨向于高精密、高速、復(fù)合、智能、環(huán)保的方向發(fā)展。于是，出現(xiàn)了“直接傳動(dòng)”的概念。直線電機(jī)在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中，往往作為進(jìn)給單元帶動(dòng)刀具或工作臺(tái)進(jìn)給。指點(diǎn)伺服系統(tǒng)的性能分析指標(biāo)主要集中在響應(yīng)速度、穩(wěn)定性、剛度及抗干擾能力四個(gè)方面。

隨著電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，并且日益成熟，使“直接傳動(dòng)”的概念逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)上的應(yīng)用，使機(jī)床的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了重大變化，并且讓機(jī)床性能有了新的飛躍。例如，美國(guó)CincinnatiMilacron公司為航空工業(yè)生產(chǎn)了一臺(tái)HyperMach大型高速加工中心，直線進(jìn)給采用了直線電機(jī)，其軸行程長(zhǎng)達(dá)46m，工作臺(tái)快速行程為100m／min，加速度達(dá)2g。在這種機(jī)床上加工一個(gè)大型薄壁飛機(jī)零件只需30min；而同樣的零件在一般高速銑床上加工，費(fèi)時(shí)3h；在普通數(shù)控銑床上加工，則需8h，優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯。

直線電機(jī)與高速機(jī)床的發(fā)展，未來(lái)可期

隨著直線電機(jī)制造工藝的不斷革新，生產(chǎn)的規(guī)?；?，以及永磁材料、電子產(chǎn)品價(jià)格的下降，直線電機(jī)的成本正以每年20%的速度下降，尤其是在數(shù)控機(jī)床、半導(dǎo)體集成設(shè)備等機(jī)械上表現(xiàn)得更為明顯，這給直驅(qū)技術(shù)提供了迅速成長(zhǎng)的空間，看到在機(jī)床上的應(yīng)用前景廣闊。但這一應(yīng)用畢竟是新事物，無(wú)論是直線電機(jī)本身還是相配套的數(shù)控技術(shù)，潛力都很大。我國(guó)是制造大國(guó)，發(fā)展高檔數(shù)控設(shè)備任重道遠(yuǎn)。路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索，只有真正掌握核心技術(shù)，直線電機(jī)才能助力機(jī)床更遠(yuǎn)的騰飛。

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