直線電機(jī)與普通電機(jī)在原理上類似，它只是電機(jī)圓柱面的展開，其種類與傳統(tǒng)電機(jī)相同，例如：直流直線電機(jī)，交流永磁同步直線電機(jī)，交流感應(yīng)異步直線電機(jī)，步進(jìn)直線電機(jī)等。作為可控制運(yùn)動(dòng)精度的直線伺服電機(jī)在上世紀(jì)80年代末出現(xiàn)后，隨著材料（如永磁材料）、功率器件、控制技術(shù)及傳感技術(shù)的發(fā)展，直線伺服電機(jī)的性能不斷提高，成本日益下降，為其廣泛的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。近年來，直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)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）品種復(fù)蓋面廣，可滿足不同類型機(jī)床的要求；
（4）成本大幅度下降；
（5）安裝和防護(hù)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。
目前世界上直線伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的知名供應(yīng)商主要有：德國Siemens公司，Indramat公司；日本FANUC，三菱公司；美國Anorad，科爾摩根公司；瑞士ETEL公司等。直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)：
1、進(jìn)給速度范圍寬?？蓮?（1）m/s到20m/min以上，目前加工中心的快進(jìn)速度已達(dá)208m/min，而傳統(tǒng)機(jī)床快進(jìn)速度<60m/min，一般為20～30m/min。
2、速度特性好。速度偏差可達(dá)（1）0.01%以下。
3、加速度大。直線電機(jī)最大加速度可達(dá)30g，目前加工中心的進(jìn)給加速度已達(dá)3.24g，激光加工機(jī)的進(jìn)給加速度已達(dá)5g，而傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)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(dá)0.1～0.01（1）m。應(yīng)用前饋控制的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可減少跟蹤誤差200倍以上。由于運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)態(tài)特性好，響應(yīng)靈敏，加上插補(bǔ)控制的精細(xì)化，可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)控制。
5、行程不受限制。傳統(tǒng)的絲杠傳動(dòng)受絲杠制造工藝限制，一般4～6m，更長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(jī)驅(qū)動(dòng)，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(dá)40m以上。
6、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小，運(yùn)動(dòng)部件摩擦小、磨損小、使用壽命長、安全可靠。
自1993年德國Ex-Cell-O公司研發(fā)出世界上第一臺(tái)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的加工中心以來，直線電機(jī)已在不同種類的機(jī)床上得到應(yīng)用。2001年、2003年歐洲機(jī)床展，2002年、2004年日本機(jī)床展及美國機(jī)床展上每次都有幾十家公司的展品采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。以2002年日本機(jī)床展JIMTOF為例，在參展的524臺(tái)數(shù)控機(jī)床中，有25家公司41臺(tái)機(jī)床采用直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，其中，加工中心11臺(tái)（立式8臺(tái)，臥式3臺(tái)），電加工機(jī)床7臺(tái)（線切割4臺(tái)，成形機(jī)2臺(tái)，小孔機(jī)1臺(tái)），磨床6臺(tái)（一般磨床4臺(tái)，齒輪磨床1臺(tái)，坐標(biāo)磨床1臺(tái)），非球面加工機(jī)和微型微細(xì)加工機(jī)5臺(tái)，車床4臺(tái)，專用機(jī)床3臺(tái)，激光加工機(jī)2臺(tái)，車磨復(fù)合機(jī)床1臺(tái)，銑削加工單元（FMC）l臺(tái)。
目前，世界上最知名的機(jī)床廠家?guī)缀鯚o一例外地都推出了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)床產(chǎn)品，品種覆蓋了絕大多數(shù)機(jī)床類型。此外，在壓力機(jī)、坐標(biāo)測量機(jī)、水切割機(jī)、等離子切割機(jī)、快速原型機(jī)及半導(dǎo)體設(shè)備的X-Y工作臺(tái)上直線電機(jī)都有應(yīng)用。
直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)在技術(shù)上已日趨成熟，已具有傳統(tǒng)傳動(dòng)裝置無法比擬的優(yōu)越性能。過去人們所擔(dān)心的直線電機(jī)推力小、體積大、溫升高、可靠性差、不安全、難安裝、難防護(hù)等問題，隨著電機(jī)制造技術(shù)的改進(jìn)，已不再是大問題。而驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)的發(fā)展又為其性能拓展和安全性提供了保證。選擇合適的直線電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，配以合理的機(jī)床設(shè)計(jì)，完全可以生產(chǎn)出高性能、高可靠性的機(jī)床。現(xiàn)在直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給速度100m/min，加速度1～2g的機(jī)床已很普遍，已有機(jī)床達(dá)到快進(jìn)240m/min，加速度5g的指標(biāo)（日本AMADA激光切割機(jī)）。日本Mazak公司宣稱，該公司將在近期推出快移速度500m/min，加速度6g，主軸速度80000r/min切削速度8馬赫的超音速加工中心。高速度高加速度的傳動(dòng)已在加工中心、數(shù)控銑床、車床、磨床、復(fù)合加工機(jī)床、激光加工機(jī)床及重型機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用，這類機(jī)床在航空、汽車、模具、能源、通用機(jī)械等領(lǐng)域發(fā)揮著特殊的作用。在電加工機(jī)床上采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)0.1（1）m的精密平穩(wěn)移動(dòng)。在微細(xì)加工及精密磨削中，可實(shí)現(xiàn)10um進(jìn)給分辨率及20m/min的快移速度，加工表面粗糙度<1nm。在重型機(jī)床上采用直線電機(jī)驅(qū)數(shù)噸重的運(yùn)動(dòng)部件已不成問題。同步雙驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)已成熟應(yīng)用。這些都說明直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)在機(jī)床上的應(yīng)用已經(jīng)成熟，并在不斷向前發(fā)展，會(huì)給人們帶來更多的驚喜。此外，在國際上已有不同類型、不同規(guī)格的直線電機(jī)商品可提供，配套的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、檢測裝置及高速導(dǎo)軌、高速防護(hù)也都有相應(yīng)產(chǎn)品供貨。
直線電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用已不是樣品，不是個(gè)例。近幾年已在幾十家著名企業(yè)的幾十類產(chǎn)品上推廣應(yīng)用。據(jù)有關(guān)資料介紹，1997年直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)床銷售量已達(dá)300臺(tái)。2001年，德國DMG公司已在28種機(jī)型上采用直線電機(jī)，年產(chǎn)量達(dá)1500臺(tái)（約3000多根直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸），占其總產(chǎn)量的1/3。意大利JOBS公司自1999年開發(fā)出LinX直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(tái)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。有專家預(yù)測，2005年直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)床將達(dá)到3000臺(tái)，到2010年世界上將有20％的數(shù)控機(jī)床采用直線電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，而這些機(jī)床都是高檔機(jī)床，因此其產(chǎn)業(yè)化前景是不言而喻的。
我國在直線電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用與世界水平相差甚遠(yuǎn)，至少有十年的差距。無論產(chǎn)品的性能、品種，還是在機(jī)床上的應(yīng)用僅處于起步階段，甚至大量是空白。如果我們不能抓住當(dāng)前宏觀經(jīng)濟(jì)形勢大好，市場需求旺盛的機(jī)遇，在直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用上奮起直追，我國的高檔數(shù)控機(jī)床會(huì)更加落后，這將不利于我國的國家安全和產(chǎn)業(yè)安全。
在數(shù)控技術(shù)及關(guān)鍵功能部件中，開發(fā)直線電機(jī)產(chǎn)品（包括相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）。數(shù)控技術(shù)中應(yīng)開發(fā)與直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制相匹配的軟件技術(shù)，例如高速及高加速條件下的伺服控制及其調(diào)整，高速、高精度的插補(bǔ)技術(shù)，復(fù)雜加工程序的前瞻控制能力，機(jī)床動(dòng)態(tài)特性參數(shù)優(yōu)化模型，故障診斷與保證功能等。同時(shí)，相應(yīng)開發(fā)與高速高加速運(yùn)動(dòng)相配套的高速導(dǎo)軌、高速防護(hù)、高速位置檢測裝置等。
數(shù)控機(jī)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(duì)傳動(dòng)及其控制提出了更高的要求，更高的動(dòng)態(tài)特性和控制精度，更高的進(jìn)給速度和加速度，更低的振動(dòng)噪聲和更小的磨損。問題的癥結(jié)在傳統(tǒng)的傳動(dòng)鏈從作為動(dòng)力源的電動(dòng)機(jī)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(dòng)環(huán)節(jié)，在這些環(huán)節(jié)中產(chǎn)生了較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、彈性變形、反向間隙、運(yùn)動(dòng)滯后、摩擦、振動(dòng)、噪聲及磨損。雖然在這些方面通過不斷的改進(jìn)使傳動(dòng)性能有所提高，但問題很難從根本上解決，于是出現(xiàn)了“直接傳動(dòng)”的概念，即取消從電動(dòng)機(jī)到工作部件之間的各種中間環(huán)節(jié)。隨著電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，電主軸、直線電機(jī)、力矩電機(jī)的出現(xiàn)和技術(shù)的日益成熟，使主軸、直線和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的“直接傳動(dòng)”概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并日益顯示其巨大的優(yōu)越性。直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)上的應(yīng)用，使機(jī)床的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了重大變化，并使機(jī)床性能有了新的飛躍。
