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直线电机:机遇技术两手抓,占领高端机床市场

发布时间: 2019-05-07
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  1840年,Wheatsone开始提出和制作了略具雏形的直线电机,标着着直线电机的诞生,算起来距今已有近二百年的历史。但是,直线电机在工业领域的应用兴起才是最近几年的事。目前,直线电机主要应用于三个方面:一是应用于自动控制系统,这类应用场合比较多;其次是作为长期连续运行的驱动电机;三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。在工业领域,随着加工质量与运动定位精度等要求的不断提高,直线电机已经受到了广泛的关注,机床行业就是直线电机实际应用中一个非常典型的例子。

  

  直线电机实现机床性能飞跃

  

  传统机床领域最大的痛点就是,传动链从作为动力源的电动机到工作部件要通过齿轮、蜗轮副,皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节,在这些环节中产生了较大的转弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损等问题。

  

  而随着工业的发展对数控机床的精密度和高速加工需求不断提高,机床的发展逐渐趋向于高精密、高速、复合、智能、环保的方向。于是,出现了“直接传动”的概念。随着电机及其驱动控制技术的发展,并且日益成熟,使“直接传动”的概念逐渐变为现实,直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用,使机床的传动结构出现了重大变化,并且让机床性能有了新的飞跃。例如,美国CincinnatiMilacron公司为航空工业生产了一台HyperMach大型高速加工中心,直线进给采用了直线电机,其轴行程长达46m,工作台快速行程为100m/min,加速度达2g。在这种机床上加工一个大型薄壁飞机零件只需30min;而同样的零件在一般高速铣床上加工,费时3h;在普通数控铣床上加工,则需8h,优势相当明显。

  

  直线电机在机床行业的应用趋势分析

  

  1.技术上日益成熟

  

  随着中国制造业的转型升级,直线电机及其驱动技术在工业领域的应用也在不断与时俱进,技术上日趋成熟。并且,具有传统传动装置无法比拟的优越性能。直线电机及其驱动技术在机床上的应用解决了传统机床行业的精度低、速度慢,难防护等问题,而且为其性能拓展和安全性提供了保证。高速度高加速度的传动已在加工中心、数控铣床、车床、磨床、复合加工机床、激光加工机床及重型机床上得到广泛应用,这类机床在航空、汽车、模具、能源、通用机械等领域发挥着特殊的作用;在重型机床上采用直线电机驱数吨重的运动部件已不成问题。这些都表明直线电机及其驱动控制技术在机床上的应用已逐渐成熟,并在不断向前发展。未来直线电机及其驱动控制技术将在机床行业及传动领域给人们带来更多惊喜,助力中国制造业向“智造业”进阶。

  

  2.成本不断下降,性价比更高

  

  直线电机在近几年的自动化领域,还是比较新鲜的一类产品,虽然价格相比较传统丝杆、伺服之类的产品偏高,但目前正处于快速降成本的阶段,发展会逐渐趋向于小型化、智能化,价格也会越来越低,能给客户带来性能以及成本上的优势。直线电机成本的不断下降,在机床成本中的比重也随之明显下降。例如,DMG公司的DMC64Vlinear加工中心(X轴采用直线电机驱动),国内报价仅61.4万元人民币。但目前采用直线电机驱动仍比传统的传动装置价格要高。因此,直线电机的应用应着眼于高性能机床,解决传统传动装置不能解决的问题。

  

  另外,提高加工精度和加工效率也会提升机床的价值。例如,本文前面提到的美国Gincin-nati公司的HYPCRMACH高速加工中心,用传统方法加工一件要8小时,而用该机床只需30分钟,最大程度减少轴转换操作的无效时间,加工效率是传统机床的16倍。而且采用直线电机的机床降低磨损,使用更可靠,运行费用更低。机床采用直线电机的成本只增加百分之几,但由于性能提高,时间成本降低、售价可增,都将大大提高机床行业的利润率。

  

  3.应用普遍化,产业化前景明朗

  

  直线电机在机床上的应用早已不是样品,而是应用普遍化,并且产业化趋势已逐渐显现,前景明朗。据有关资料介绍,意大利JOBS公司自1999年开发出LinX直线电机驱动的龙门加工中心后,2003年该公司LinX系列产品已占全公司总产量的60%(年产50台大型龙门加工中心和龙门铣床),并成为公司的主要利润来源。据《中国直线电机市场研究报告》显示,2017年在激光加工行业,直线电机市场规模占比达到20.8%,可见直线电机在机床上的应用逐渐普遍化。目前,直线电机及其驱动技术主要应用于高端机床行业,但随着中国智能制造的发展,其产业化前景不言而喻。

  

  机遇技术两手抓,占领高端机床市场

  

  就机床的发展而言,直线电机无论作为功能部件还是其相关技术在机床中的应用,都应该得到足够重视。目前,中国在直线电机及驱动控制技术的研发、应用与国外相比,无论产品的性能、品种,在机床上的应用仍处于起步阶段,甚至还有大量空白。国内正处于智能制造转型升级的关键时期,直驱行业应抓住大好机遇,亟需实现技术突破。并且,在实际应用中不断改进设计,探索加工工艺,尽快追赶国际同类产品水平。机床行业还应提高直线电机在行业的应用水平,为客户提供整机的服务,技术安装,逐步实现产业化,占领国内高端数控机床的重要制高点。



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