聚焦直线电机与并联机床：机床技术的创新典范

在全球经济陷入金融危机，并尚未摆脱其复杂影响的今天，人们对未来的发展进行了深入思考，我们将以什么样的姿态和面貌来迎接一个全新时代的到来呢？可以想见，危机过后，世界经济环境将发生巨大而深刻的变化，技术和产品的发展模式也将不再简单重复过去，我们必将造就一个以高新技术和创新成果为支撑的，以节能环保和低碳经济为主导的，绿色而高效的现代文明时代。

　　本届展会的主题是“以科技创新迎接后危机时代”，那么，现今的机床有哪些令人瞩目的共性、关键技术呢？记者注意到直线电机和并联机床。

　　直线电机：前途远大瓶颈仍存

　　日前，中国机床工具工业协会有关人士告诉记者：“直驱技术是行业发展的方向，也是国产机床的短板，在这个领域，德国和日本占尽先机。但是，我最近了解到，日本在直驱技术的开发上也遇到了难题，即大功率、大扭矩加工时无法解决散热问题。”

　　美国Ingersoll公司是知名的机床制造商，克莱斯勒汽车公司购买其6台HVM600卧式加工中心，用来生产高级汽车发动机汽缸盖。该机床主轴转速2万r／min，X／Y／Z三轴由GEFANUC的直线电机驱动。这6台加工中心每天生产300个汽缸盖，相当于11台非直线电机驱动的加工中心的生产量。

　　目前，世界上最知名的机床厂家几乎无一例外地都推出了直线电机驱动的机床产品，品种覆盖了绝大多数机床类型。

　　国内自1995年以来也开展了直线电机在机床上的应用研究，如广东工大研发的直线感应电机驱动的GD-3型高速数控机床进给单元，清华研究的长行程永磁直线伺服单元，北京机电院研发的直线电机驱动的加工中心，浙江大学研制的圆筒型直线电机驱动的并联机构坐标测量机和扁平永磁直线电机驱动的磨床，北京机床研究所研发的直线电机驱动的电火花成型机床，国防科大研发的活塞非圆切削中采用直线电机驱动刀具以及北航、南航与有关单位合作研发的机床等。此外，一些企业如杭州机床集团、江苏多棱数控机床股份有限公司、济南捷迈数控公司、深圳市大族激光科技股份有限公司、南京四开公司等也分别在平面磨床、激光划线机、激光切割机、雕铣机、加工中心等采用了不同的直线电机技术，取得了较好的效果。

　　近几年，国际上对数控机床采用直线电机显得特别热，究其原因是，传统机床的驱动装置依赖丝杆驱动，丝杆驱动本身具有一系列不利因素，如：长度限制、机械间隙、摩擦、扭矩、螺矩一周期误差等，而直线电机不仅无此缺陷，且结构简单、精度可以是丝杆的10倍甚至100倍，加速度可以是传统机床的20倍以上。

　　直线电机技术的发展，经历了不短的历史和几起几落的波浪式发展，采用直线电机驱动的新型装置与非直线电机驱动相比，它所具有的结构简单、无接触、无磨损、噪声低、速度快、精度高、组合灵活等优点是明显的，但由于直线电机本身所具有的磁路开断所引起的边端效应以及安装气隙较大等问题，故在一些直线运动的装置或系统中，是否采用新型的直线电机来驱动，要权衡利弊得失，选择能充分发挥直线电机自身优势的直线运动装置或系统中发展应用。在科学技术飞速发展的今天，在一些旋转伺服电机或其它驱动装置无能为力或勉强应付的地方，寻找直线电机能充分发挥优势的位置，在满足人类需求和完善人类美好愿望的进程中求得自身的发展，前景是广阔的，但选择是要谨慎的。

　　并联机床：理念独到也有争议

　　20世纪70年代初世界上出现了第一批电气机器人，在一些极其单调和危险的工作领域，被用来替代人体劳动。这种机器人应用的就是串联技术，其技术优势是工作终端能够向各方向运动，具有足够的动态性能和灵活性，可到达要求的工作区域，但其精度和刚性较差。

　　一直以来，机床制造业的开发者们梦想着将机器人的灵活性好、工作区域大与传统机床精度、刚性高的优点结合在一起。在过去的20年里，人们一直着眼于运动并联机床（PKM）的开发。

　　自其问世以来，并联机床的研发，总体上仍处于研究、试制、试用阶段，对并联机床的动力学特性及其加工精度影响规律等研究内容还处在起步阶段。以牺牲工作空间和灵活度为代价，试图获得高刚度、高承载能力、良好的运动特性，但到目前为止，国内外所开发出的并联机床并未达到所期望的精度能力。

　　中国机床工具工业协会常务副理事长吴柏林告诉记者：“我不看好并联机床的发展。一位院士跟我持相同观点，他问我，有什么加工是一定要用并联机床才能实现的呢？”

　　但这并不妨碍企业尝试的冲动。2009年9月，威海华东数控股份有限公司（以下简称“华东数控”）与瑞典艾克斯康公司（EXECHON）（以下简称“艾克斯康”）签订《EIM-01的制造许可协议》。华东数控通过制造许可方式引进艾克斯康公司的成套系列并联运动机床技术，由公司生产制造、销售系列并联运动五轴联动数控机床。艾克斯康公司保证用其技术生产的机床产品在用户的工厂验收合格。并联机床，已经开始进入实质运作阶段，并呈现多家竞争格局。

　　中国机床工具工业协会名誉理事长梁训瑄认为，并联机床可以“巧干代替大干”。由于这种机床的高度灵活性，可以对重大型的工件进行拟人化的加工，在功能上相当于上千万元一台的龙门铣床；其次，它的应用范围潜力较大。

　　其实，哈尔滨量具刃具集团（以下简称“哈量”）于2006年首次对艾克斯康并联运动机床的引进，也是梁训瑄一手运作的。作为专家，他不止在一种场合进行过并联机床的推广，其原因即是他对这种技术的未来把握和对这种机型的看好。

　　上届中国国际机床展（CIMT2009）上，作为国内最早的技术引进者，哈量也展出了并联机床的样机。

　　梁训瑄介绍说，国内引进艾克斯康并联机床的3家企业在产品规格上有所差异。哈量主要做700mm规格的（这一规格同时也转让给了韩国的企业）；华东数控主要做900mm、1000mm，1100mm、1300mm规格的并联机床；长征自贡主要做300mm、500mm的。