革机械传动的命!直线电机取代机床丝杆模组是大势所趋!

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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 , 神不神奇?
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直线电机其实也是伺服电机的一种 , 只不过我们平时看到的电机大都是这种可以做旋转运动的电机 , 而直线电机做的是直线运动 。
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比如说机床直线轴X/Y/Z的进给运动 。 唯一的不同是 , 直线电机不具有电机编码器 , 只有一个测量系统 。
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以前的机床大都用的是滚珠丝杠+旋转伺服电机的组合 , 来驱动机床的直线坐标轴 , 这种驱动方式有很多缺点 , 比如说弹性变形大、响应速度慢、存在反向间隙、易磨损等 , 严重限制了驱动装置的效率和精度 。 而现在市场流行的直线电机 , 因为取消了响应时间较大的丝杠等机械传动件 , 所以在速度、加速度、精度上做到了对丝杠模组的绝对的碾压 , 之所以能全面碾压 , 是因为电子元器件比机械传动件的动态响应时间要小几个数量级 。
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比如说滚珠丝杠的速度为120m/min , 加速度为1.5g 。 而直线电机的速度可达420m/min , 加速度可达10g 。 所以用直线电机驱动的机床 , 加工一个整体薄壁飞机构件只需要不到半小时 , 一般的高速铣床加工需要3小时 , 用普通数控铣床加工则需要8小时 。 再比如说伺服电机+滚珠丝杠的精度可达2-5μm , 而直线电机的定位精度可达0.1μm 。
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所以对于控制精度高于2μm以上的数控机床 , 直线电机是优先或必须的功能部件 。 除了速度快、精度高 , 还有免维护、寿命长、可靠性高的优点 , 凭借这些优势 , 就足以让直线电机未来直接取代以机械传动为主的丝杠模组 。
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目前直线电机主要应用于OEM市场 , 其中机床、半导体设备、激光加工设备是主要应用领域 。 直线电机国外发展比国内早 , 比如说德玛吉早在2000年左右 , 就开始用直线电机提高机床的精度 。 即便是目前 , 国内机床行业中直线电机的普及率也比较低 , 而在欧美日等国 , 直线电机的普及率则高达20%—50% 。
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国内之所以还没有大规模替代 , 是因为直线电机的成本要比丝杠模组高很多 , 不过由于生产工艺的提高 , 成本已经在逐步下降了 , 现阶段主要还是应用在高性能机床 , 特别是精密高速加工机床、特种加工机床、大型重型机床 , 主要是为了解决传统传动方法不能解决的问题 。
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国外品牌占据了中国直线电机60%以上的市场份额 , 主要品牌有新加坡雅科贝思、日本沙迪克、台湾上银、大族电机 。 其中 , 新加坡雅科贝思市场占比最高 , 其产品特点是技术和性能水准比较符合中国直线电机行业的需求 , 有一定的价格优势 。
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国内厂家生产的直线电机 , 主要匹配以色列高创伺服驱动器 , 直线驱动是高创的传统优势所在 , 在同类产品中具有较为明显的技术优势 。 高创之前被美的集团全资收购了 , 是美的机器人旗下重要的运动控制驱动器和电机开发厂商 。