Der Linearmotor wurde 1845 von den Briten erfunden. Damals war der Luftspalt jedoch zu groß und der Wirkungsgrad sehr gering, sodass er sich nicht durchsetzen konnte. Seine Weiterentwicklung wurde durch die hohen Kosten und den niedrigen Wirkungsgrad eingeschränkt. Erst in den 1970er-Jahren wurden Linearmotoren schrittweise weiterentwickelt und in einigen Spezialgebieten eingesetzt. In den 1990er-Jahren hielten sie Einzug in die Maschinenbauindustrie. Mittlerweile nutzen einige technologisch führende Hersteller von Bearbeitungszentren weltweit diese Technologie für ihre Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschinen.

Im Folgenden werden hauptsächlich einige Hauptmerkmale der Hochgeschwindigkeits-Gewindespindel und des Linearmotors verglichen, um der entsprechenden Industrie als Referenz zu dienen.

1. Speed ​​PK:

Linearmotor – Geschwindigkeit: 300 m/min und Beschleunigung: 10 g

Kugelgewindetrieb – 120 m/min und Beschleunigung: 1,5 g

Im Vergleich zu Geschwindigkeit und Beschleunigung bietet die Linearführung einen erheblichen Vorteil, und die Geschwindigkeit des Linearmotors wird nach erfolgreicher Lösung des Erwärmungsproblems weiter verbessert werden können, wohingegen die Geschwindigkeit des „Drehservomotors + Kugelgewindetriebs“ begrenzt ist und eine weitere Verbesserung schwierig ist.

Linearmotoren bieten aufgrund der Probleme mit Bewegungsträgheit, Spiel und komplexer Mechanik auch im dynamischen Ansprechverhalten deutliche Vorteile. Dank ihrer schnellen Reaktionszeit und des großen Regelbereichs erreichen sie beim Anlauf die Höchstgeschwindigkeit und können bei hohen Drehzahlen schnell abbremsen. Der Regelbereich kann bis zu 1:10000 betragen.

2. Energieverbrauch PK:

Der Linearmotor verbraucht bei gleichem Drehmoment etwa doppelt so viel Energie wie der „Rotationsservomotor mit Kugelgewindetrieb“. Der „Rotationsservomotor mit Kugelgewindetrieb“ ist eine energiesparende und kraftsteigernde Antriebskomponente, die die Zuverlässigkeit des Linearmotors gewährleistet. Die Systemstabilität hat einen großen Einfluss auf die Umgebung. Um die Auswirkungen starker Magnetfelder auf die Rollenführung sowie die Anlagerung von Eisenspänen und magnetischem Staub zu verhindern, sind wirksame magnetische Isolations- und Schutzmaßnahmen erforderlich.

3. Genauigkeit PK:

Der Linearmotor reduziert dank seines einfachen Übertragungsmechanismus das Problem der Interpolationsverzögerung. Positioniergenauigkeit, Wiedergabegenauigkeit, absolute Genauigkeit und Rückkopplungsregelung durch Positionserfassung sind höher als bei einem „Drehservomotor mit Kugelgewindetrieb“ und lassen sich leicht realisieren. Die Positioniergenauigkeit des Linearmotors kann bis zu 0,1 µm erreichen.

Die Positioniergenauigkeit von „Drehservomotor + Kugelgewindetrieb“ mit bis zu 2–5 µm erfordert eine CNC-Steuerung, einen Servomotor, eine spielfreie Kupplung, ein Axiallager, ein Kühlsystem, eine hochpräzise Wälzführung, einen Mutternsitz und einen geschlossenen Führungsring. Der Antriebsteil des Gesamtsystems muss leicht und hochpräzise gefertigt sein. Um eine hohe Stabilität des „Drehservomotor + Kugelgewindetrieb“ zu erreichen, ist ein Zweiachsantrieb erforderlich. Der Linearmotor erzeugt viel Wärme und muss daher entsprechend gekühlt werden. Um die gleiche Genauigkeit zu erzielen, ist ein Linearmotor teurer.

4. Preis PK:

Obwohl die beiden Antriebsmethoden – Linearmotor und „Rotationsservomotor + Kugelgewindetrieb“ – ihre Vorteile, aber auch ihre Schwächen aufweisen, eignen sie sich optimal für CNC-Werkzeugmaschinen. Der Linearmotorantrieb bietet einzigartige Vorteile in folgenden Bereichen der CNC-Ausrüstung: hohe und ultrahohe Geschwindigkeiten, hohe Beschleunigungen, große Produktionslosmengen, viele Positionierbewegungen sowie häufige Geschwindigkeits- und Richtungsänderungen. Beispiele hierfür sind Produktionslinien in der Automobil- und IT-Industrie sowie die Herstellung präziser und komplexer Formen. Weitere Anwendungsgebiete sind großflächige Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren mit extrem langem Hub, die Ausfräsbearbeitung von Leichtmetallen, dünnwandige Bauteile und Komponenten mit hoher Zerspanungsleistung in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Der Preis von Linearmotoren ist derzeit noch deutlich höher, was ihre breitere Anwendung einschränkt. Zukünftig wird die Technologie der Linearmotoren jedoch ausgereifter sein, die Produktionsleistung steigen, die Kosten sinken und sich das Anwendungsgebiet erweitern. Aus Sicht der Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung, der umweltfreundlichen Fertigung und der Eigenschaften der beiden Strukturen selbst hat der Antrieb „Drehservomotor + Kugelgewindetrieb“ jedoch weiterhin ein breites Marktpotenzial. Während der Linearmotor zum Standardantrieb in Hochgeschwindigkeits- (Ultrahochgeschwindigkeits-) und High-End-CNC-Maschinen wird, wird der Antrieb „Drehservomotor + Kugelgewindetrieb“ seine führende Position in der Mittelklasse der Hochgeschwindigkeits-CNC-Maschinen behaupten.