1840年，Wheatsone開始提出和制作了略具雛形的直線電機(jī)，標(biāo)著著直線電機(jī)的誕生，算起來距今已有近二百年的歷史。但是，直線電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用興起才是最近幾年的事。目前，直線電機(jī)主要應(yīng)用于三個方面：一是應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)，這類應(yīng)用場合比較多；其次是作為長期連續(xù)運(yùn)行的驅(qū)動電機(jī)；三是應(yīng)用在需要短時間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運(yùn)動能的裝置中。在工業(yè)領(lǐng)域，隨著加工質(zhì)量與運(yùn)動定位精度等要求的不斷提高，直線電機(jī)已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注，機(jī)床行業(yè)就是直線電機(jī)實(shí)際應(yīng)用中一個非常典型的例子。

直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)床性能飛躍

傳統(tǒng)機(jī)床領(lǐng)域最大的痛點(diǎn)就是，傳動鏈從作為動力源的電動機(jī)到工作部件要通過齒輪、蝸輪副，皮帶、絲杠副、聯(lián)軸器、離合器等中間傳動環(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)動滯后、摩擦、振動、噪聲及磨損等問題。

而隨著工業(yè)的發(fā)展對數(shù)控機(jī)床的精密度和高速加工需求不斷提高，機(jī)床的發(fā)展逐漸趨向于高精密、高速、復(fù)合、智能、環(huán)保的方向。于是，出現(xiàn)了“直接傳動”的概念。隨著電機(jī)及其驅(qū)動控制技術(shù)的發(fā)展，并且日益成熟，使“直接傳動”的概念逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，直線電機(jī)及其驅(qū)動控制技術(shù)在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動上的應(yīng)用，使機(jī)床的傳動結(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CincinnatiMilacron公司為航空工業(yè)生產(chǎn)了一臺HyperMach大型高速加工中心，直線進(jìn)給采用了直線電機(jī)，其軸行程長達(dá)46m，工作臺快速行程為100m／min，加速度達(dá)2g。在這種機(jī)床上加工一個大型薄壁飛機(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3h；在普通數(shù)控銑床上加工，則需8h，優(yōu)勢相當(dāng)明顯。

直線電機(jī)在機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用趨勢分析

1.技術(shù)上日益成熟

隨著中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，直線電機(jī)及其驅(qū)動技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷與時俱進(jìn)，技術(shù)上日趨成熟。并且，具有傳統(tǒng)傳動裝置無法比擬的優(yōu)越性能。直線電機(jī)及其驅(qū)動技術(shù)在機(jī)床上的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)機(jī)床行業(yè)的精度低、速度慢，難防護(hù)等問題，而且為其性能拓展和安全性提供了保證。高速度高加速度的傳動已在加工中心、數(shù)控銑床、車床、磨床、復(fù)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，這類機(jī)床在航空、汽車、模具、能源、通用機(jī)械等領(lǐng)域發(fā)揮著特殊的作用；在重型機(jī)床上采用直線電機(jī)驅(qū)數(shù)噸重的運(yùn)動部件已不成問題。這些都表明直線電機(jī)及其驅(qū)動控制技術(shù)在機(jī)床上的應(yīng)用已逐漸成熟，并在不斷向前發(fā)展。未來直線電機(jī)及其驅(qū)動控制技術(shù)將在機(jī)床行業(yè)及傳動領(lǐng)域給人們帶來更多驚喜，助力中國制造業(yè)向“智造業(yè)”進(jìn)階。

2.成本不斷下降，性價(jià)比更高

直線電機(jī)在近幾年的自動化領(lǐng)域，還是比較新鮮的一類產(chǎn)品，雖然價(jià)格相比較傳統(tǒng)絲桿、伺服之類的產(chǎn)品偏高，但目前正處于快速降成本的階段，發(fā)展會逐漸趨向于小型化、智能化，價(jià)格也會越來越低，能給客戶帶來性能以及成本上的優(yōu)勢。直線電機(jī)成本的不斷下降，在機(jī)床成本中的比重也隨之明顯下降。例如，DMG公司的DMC64Vlinear加工中心（X軸采用直線電機(jī)驅(qū)動），國內(nèi)報(bào)價(jià)僅61.4萬元人民幣。但目前采用直線電機(jī)驅(qū)動仍比傳統(tǒng)的傳動裝置價(jià)格要高。因此，直線電機(jī)的應(yīng)用應(yīng)著眼于高性能機(jī)床，解決傳統(tǒng)傳動裝置不能解決的問題。

另外，提高加工精度和加工效率也會提升機(jī)床的價(jià)值。例如，本文前面提到的美國Gincin－nati公司的HYPCRMACH高速加工中心，用傳統(tǒng)方法加工一件要8小時，而用該機(jī)床只需30分鐘，最大程度減少軸轉(zhuǎn)換操作的無效時間，加工效率是傳統(tǒng)機(jī)床的16倍。而且采用直線電機(jī)的機(jī)床降低磨損，使用更可靠，運(yùn)行費(fèi)用更低。機(jī)床采用直線電機(jī)的成本只增加百分之幾，但由于性能提高，時間成本降低、售價(jià)可增，都將大大提高機(jī)床行業(yè)的利潤率。

3.應(yīng)用普遍化，產(chǎn)業(yè)化前景明朗

直線電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用早已不是樣品，而是應(yīng)用普遍化，并且產(chǎn)業(yè)化趨勢已逐漸顯現(xiàn)，前景明朗。據(jù)有關(guān)資料介紹，意大利JOBS公司自1999年開發(fā)出LinX直線電機(jī)驅(qū)動的龍門加工中心后，2003年該公司LinX系列產(chǎn)品已占全公司總產(chǎn)量的60%（年產(chǎn)50臺大型龍門加工中心和龍門銑床），并成為公司的主要利潤來源。據(jù)《中國直線電機(jī)市場研究報(bào)告》顯示，2017年在激光加工行業(yè)，直線電機(jī)市場規(guī)模占比達(dá)到20.8%，可見直線電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用逐漸普遍化。目前，直線電機(jī)及其驅(qū)動技術(shù)主要應(yīng)用于高端機(jī)床行業(yè)，但隨著中國智能制造的發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)化前景不言而喻。

機(jī)遇技術(shù)兩手抓，占領(lǐng)高端機(jī)床市場

就機(jī)床的發(fā)展而言，直線電機(jī)無論作為功能部件還是其相關(guān)技術(shù)在機(jī)床中的應(yīng)用，都應(yīng)該得到足夠重視。目前，中國在直線電機(jī)及驅(qū)動控制技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用與國外相比，無論產(chǎn)品的性能、品種，在機(jī)床上的應(yīng)用仍處于起步階段，甚至還有大量空白。國內(nèi)正處于智能制造轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，直驅(qū)行業(yè)應(yīng)抓住大好機(jī)遇，亟需實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。并且，在實(shí)際應(yīng)用中不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，探索加工工藝，盡快追趕國際同類產(chǎn)品水平。機(jī)床行業(yè)還應(yīng)提高直線電機(jī)在行業(yè)的應(yīng)用水平，為客戶提供整機(jī)的服務(wù)，技術(shù)安裝，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，占領(lǐng)國內(nèi)高端數(shù)控機(jī)床的重要制高點(diǎn)。

本文部分案列資料來源：公眾號直驅(qū)與傳動，《深度解析直線電機(jī)技術(shù)及其發(fā)展》