1840年,Wheatsone開始提出和制作了略具雛形的直線電機,標著著直線電機的誕生,算起來距今已有近二百年的歷史。但是,直線電機在工業(yè)領域的應用興起才是最近幾年的事。目前,直線電機主要應用于三個方面:一是應用于自動控制系統(tǒng),這類應用場合比較多;其次是作為長期連續(xù)運行的驅動電機;三是應用在需要短時間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運動能的裝置中。在工業(yè)領域,隨著加工質(zhì)量與運動定位精度等要求的不斷提高,直線電機已經(jīng)受到了廣泛的關注,機床行業(yè)就是直線電機實際應用中一個非常典型的例子。
直線電機實現(xiàn)機床性能飛躍
傳統(tǒng)機床領域最大的痛點就是,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(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)生了較大的轉彈性變形、反向間隙、運動滯后、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)控機床的精密度和高速加工需求不斷提高,機床的發(fā)展逐漸趨向于高精密、高速、復合、智能、環(huán)保的方向。于是,出現(xiàn)了“直接傳動”的概念。隨著電機及其驅動控制技術的發(fā)展,并且日益成熟,使“直接傳動”的概念逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實,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(xiàn)了重大變化,并且讓機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,直線進給采用了直線電機,其軸行程長達46m,工作臺快速行程為100m/min,加速度達2g。在這種機床上加工一個大型薄壁飛機零件只需30min;而同樣的零件在一般高速銑床上加工,費時3h;在普通數(shù)控銑床上加工,則需8h,優(yōu)勢相當明顯。
直線電機在機床行業(yè)的應用趨勢分析
1.技術上日益成熟
隨著中國制造業(yè)的轉型升級,直線電機及其驅動技術在工業(yè)領域的應用也在不斷與時俱進,技術上日趨成熟。并且,具有傳統(tǒng)傳動裝置無法比擬的優(yōu)越性能。直線電機及其驅動技術在機床上的應用解決了傳統(tǒng)機床行業(yè)的精度低、速度慢,難防護等問題,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、復合加工機床、激光加工機床及重型機床上得到廣泛應用,這類機床在航空、汽車、模具、能源、通用機械等領域發(fā)揮著特殊的作用;在重型機床上采用直線電機驅數(shù)噸重的運動部件已不成問題。這些都表明直線電機及其驅動控制技術在機床上的應用已逐漸成熟,并在不斷向前發(fā)展。未來直線電機及其驅動控制技術將在機床行業(yè)及傳動領域給人們帶來更多驚喜,助力中國制造業(yè)向“智造業(yè)”進階。
2.成本不斷下降,性價比更高
直線電機在近幾年的自動化領域,還是比較新鮮的一類產(chǎn)品,雖然價格相比較傳統(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。直線電機成本的不斷下降,在機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軸采用直線電機驅動),國內(nèi)報價僅61.4萬元人民幣。但目前采用直線電機驅動仍比傳統(tǒng)的傳動裝置價格要高。因此,直線電機的應用應著眼于高性能機床,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床的價值。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,而用該機床只需30分鐘,最大程度減少軸轉換操作的無效時間,加工效率是傳統(tǒng)機床的16倍。而且采用直線電機的機床降低磨損,使用更可靠,運行費用更低。機床采用直線電機的成本只增加百分之幾,但由于性能提高,時間成本降低、售價可增,都將大大提高機床行業(yè)的利潤率。
3.應用普遍化,產(chǎn)業(yè)化前景明朗
直線電機在機床上的應用早已不是樣品,而是應用普遍化,并且產(chǎn)業(yè)化趨勢已逐漸顯現(xiàn),前景明朗。據(jù)有關資料介紹,意大利JOBS公司自1999年開發(fā)出LinX直線電機驅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)《中國直線電機市場研究報告》顯示,2017年在激光加工行業(yè),直線電機市場規(guī)模占比達到20.8%,可見直線電機在機床上的應用逐漸普遍化。目前,直線電機及其驅動技術主要應用于高端機床行業(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。
機遇技術兩手抓,占領高端機床市場
就機床的發(fā)展而言,直線電機無論作為功能部件還是其相關技術在機床中的應用,都應該得到足夠重視。目前,中國在直線電機及驅動控制技術的研發(fā)、應用與國外相比,無論產(chǎn)品的性能、品種,在機床上的應用仍處于起步階段,甚至還有大量空白。國內(nèi)正處于智能制造轉型升級的關鍵時期,直驅行業(yè)應抓住大好機遇,亟需實現(xiàn)技術突破。并且,在實際應用中不斷改進設計,探索加工工藝,盡快追趕國際同類產(chǎn)品水平。機床行業(yè)還應提高直線電機在行業(yè)的應用水平,為客戶提供整機的服務,技術安裝,逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,占領國內(nèi)高端數(shù)控機床的重要制高點。
眾為興QXL系列高性能脈沖型伺服驅動器,融入了當前世界前沿伺服控制技術,其優(yōu)良的驅動性能達到國際領先水平。擴展性能優(yōu)異、快速響應、精準定位、振動抑制、自動參數(shù)設計、可編程、操作便利、飽和極限提速、電子凸輪、龍門同步、捕捉比較等功能特點,廣泛應用于點膠、機床、機器人、封裝、印刷、切割、貼片、橫織、植毛、彈簧、雕刻、焊接等領域。
