傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機組成的數(shù)控機床伺服系統(tǒng)一般包含：伺服電機+軸承+聯(lián)軸器+絲杠+構(gòu)成該系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)等等，這樣的系統(tǒng)組成零件比較多，也比較復(fù)雜。這樣的一套系統(tǒng)，其慣性質(zhì)量大，動態(tài)性能的提高當然也就受到了很大的限制。更要命的是這些中間結(jié)構(gòu)在運動過程中產(chǎn)生的彈性變形、摩擦損耗以及難以消除，且隨著使用時間的增加該弊端會越來越突出，造成定位的滯后和非線性誤差，從硬件上嚴重影響了加工精度。

而近幾年的永磁直線同步電機（PMLSM）這種近乎理想的進給傳動方式，漸漸取代了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機，得到了快速的發(fā)展。它打破了傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機+滾珠絲杠”的傳動方式，實現(xiàn)了“零傳動”。通過電磁效應(yīng)，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動，不需要任何的中間機構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)動慣量、彈性形變、反向間隙、摩擦、振動、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。

機床利用直線電機發(fā)展歷程

1993年，德國Eｘ-CELL-O公司推出一臺加工中心HSC-240，采用的是直線電機進行驅(qū)動，這是世界上第一臺直線電機機床。此后，直線電機逐漸的應(yīng)用到各種機床中。

1996年，日本的沙迪克公司著手開發(fā)電火花成型機，終于開發(fā)出專門的直線電機及與其匹配的數(shù)控系統(tǒng)，沒過多久，他們又將這項技術(shù)應(yīng)用到電火花切割機上。此外，日本的松浦機械所、東京芝浦電氣、森精機制作所和新日本工機等公司也研發(fā)出性能各異的直線電機機床。

1999年，意大利JOBS公司開發(fā)出龍口加工中心LinX，隨后開始全面生產(chǎn)LinX系列產(chǎn)品。

2003年，這款產(chǎn)品占公司總產(chǎn)量的比值為60%，因此成為公司的主要利潤來源。法國RenaultＡutomotion公司生產(chǎn)的rene20和rene25系列的加工中心坐標軸的運動均利用的是直線電機。

要探討直線電機機床領(lǐng)域一定要提到美國，美國的直線電機機床最大的優(yōu)勢在于其超精密加工，這項技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位。美國Precitech公司生產(chǎn)的超精密機床Ｎanoform200、Freeform700等均使用的直線電機，而且加工精度值得信賴，更為重要的一點是Precitech公司首先將直線電機作為工業(yè)標準。

直線電機傳動系統(tǒng)及其機床產(chǎn)品均出現(xiàn)在2001年的歐洲機床展、2002年的日本機床展以及2004年的美國機床展。目前，世界上直線伺服電機及其驅(qū)動系統(tǒng)的主要供應(yīng)商有：

Siemens、Indramat、FANUC、三菱、安川、富士、日立、Ａnorad、ＡerMech、Baldor、Copley、ETEL、Ｌ.Ｄ和Kollmogen等。

國外直線電機伺服系統(tǒng)

對于國內(nèi)來說，很可憐但也不意外（電機研發(fā)和制造一直在后面跑），直線電機應(yīng)用到機床上還處于初級階段，剛剛起步。許多高校研發(fā)出直線電機機床設(shè)備。

例如，清華大學(xué)研發(fā)出永磁直線伺服單元，可長距離運動；浙江大學(xué)研發(fā)出磨床、沖床、坐標測量機等；國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研發(fā)出直線電機刀具，用于在活塞中做非圓切削。同時有些科研單位與企業(yè)也研發(fā)了采用直線電機驅(qū)動的機床。北京機床研究所研制出電火花成型機床。

2001年中國國際機床展覽會上，南京四開公司推出一臺高速數(shù)控機床，其Ｘ軸的移動利用直線電機。

2003年中國國際機床展覽會上，北京機電院高技術(shù)股份有限公司推出了VS1250加工中心。2006年中國國際金屬加工展會上，深圳市大族激光科技股份有限公司推出激光切割機CLX3015A。

國內(nèi)直線電機機床方面研究情況

在CIMT2015第十四屆中國國際機床展覽會上的展品中，

STUDER斯圖特S141

S141是最新一代數(shù)控萬能內(nèi)圓磨床，其綜合了最新的技術(shù)于一身：所有軸都配備了直線驅(qū)動裝置；工件臺可自動回轉(zhuǎn)，以采用軸向平行磨削方式磨削錐度/錐體；最多可配備兩個修整工位，杰出的修整方案滿足任何應(yīng)用需求；

此外，除日本沙迪克和三菱電機公司4臺展機全部使用直線電機以外，臺灣慶鴻公司兩臺展機也使用了直線電機。日本沙迪克公司使用直線電機已有15年、3萬臺的歷史，10年后的機床坐標精度仍然很好，10年的單向走絲機床殘值也有原值的50%。

隨著直線電機成本越來越低，這項技術(shù)將會在近幾年內(nèi)，在大部分單向走絲線切割機床上廣泛使用。

直線電機在機床應(yīng)用上的主要優(yōu)勢

數(shù)控機床正在向精密、高速、復(fù)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(jié)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(lián)軸器、離合器等中間傳動環(huán)節(jié)，在些環(huán)節(jié)中產(chǎn)生了較大的轉(zhuǎn)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，于出現(xiàn)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(qū)動控制技術(shù)的發(fā)展，電主軸、直線電機、力矩電機的出現(xiàn)和技術(shù)的日益成熟，使主軸、直線和旋轉(zhuǎn)坐標運動的“直接傳動”概念變?yōu)楝F(xiàn)實，并日益顯示其巨大的優(yōu)越性。

直線電機及其驅(qū)動控制技術(shù)在機床進給驅(qū)動上的應(yīng)用，使機床的傳動結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了重大變化，并使機床性能有了新的飛躍。

直線電機進給驅(qū)動的主要優(yōu)點：

1、進給速度范圍寬?？蓮?（1）m/s到20m/min以上，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。

2、速度特性好。速度偏差可達（1）0.01%以下。

3、加速度大。直線電機最大加速度可達30g，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。

4、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）mm。應(yīng)用前饋控制的直線電機驅(qū)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(yīng)靈敏，加上插補控制的精細化，可實現(xiàn)納米級控制。

5、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(qū)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。

6、結(jié)構(gòu)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。

直線電機及其驅(qū)動控制技術(shù)的進展表現(xiàn)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）品種覆蓋面廣，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(shù)控系統(tǒng)在內(nèi)的配套技術(shù)日趨完善；

（8）商品化程度高。