1．新型滚珠丝杠副传动
1)对滚珠丝杠螺母副的改造措施
（1）提高系统的刚度。高的动、静态刚度是实现高速进给传动的基础。为提高滚珠丝杠螺母传动系统的进给速度和加速度，必须首先提高丝杠的扭曲刚度和轴向刚度。主要措施有：丝杠采用中空结构进行预拉伸处理，通过选用推力角接触轴承，提高丝杠的支撑刚度。此外，通过优化设计和采用先进制造工艺，使滚珠与滚道的适应度处于最佳状态，从而有效提高接触刚度。
（2）提高滚珠丝杠螺母副的运动速度。在保证足够刚度的基础上，增大丝杠螺母的导程和螺纹头数是提高滚珠丝杠螺母副直线运动速度的有效途径。在某些情况下，还可以对滚珠丝杠副实施双电机驱动，即用一个伺服电机驱动滚珠丝杠副，另一个伺服电机以相反方向驱动由轴承支撑的滚珠螺母，使得在不增加丝杠转速的情况下，让工作台的进给速度提高一倍。
（3）减小系统的发热量。丝杠的高速转动，滚珠在滚道内的高速循环运动，必将产生大量的热量。此外，为提高刚度对丝杠进行的预拉伸也会加剧发热。因此，高速滚珠丝杠副传动系统的发热将比常规滚珠丝杠副大得多。解决高速滚珠丝杠螺母副传动系统发热问题的有效办法之一就是将冷却液通入空心丝杠内部进行强制循环冷却，这样可有效保证滚珠丝杠副系统的精度。
（4）减小转动惯量、改善工作性能。适当减小滚珠直径，钢珠采用空心结构或将滚珠链中的钢珠按一大一小间隔排列等均可减小高速运动时的转动惯量及改善滚珠快速滚动时的流畅性。陶瓷材料(如Si3N4等)具有硬度高、密度小、弹性模量大、线膨胀系数小、耐磨损、寿命长等优点，以陶瓷等新材料制造滚珠将显著降低温升，减小噪声，有效提高滚珠丝杠副传动系统的高速性能。
另外，提高滚珠丝杠两端的支撑刚度和滚珠螺母的安装精度，对提高滚珠丝杠的临界转速，保证进给系统的精度，改善运动的平稳性都有着重要的作用。
2)新型滚珠丝杠螺母副适用场合
由于滚珠丝杠螺母副传动摩擦系数小，传动效率较高，制造成本较低，对环境的适应性较强，更由于滚珠丝杠螺母副的技术成熟，因此，经改造后，在高速机床中仍有一定的席位。它主要适用于中小载荷、速度介于10～40m/min、加速度介于0.5～1.0g、行程范围不大于6m的场合，即适用于中低档高速数控机床。
2．直线电动机驱动
1)直线电动机驱动进给单元的构成
高速直线电动机驱动进给单元如图1所示，它由直线电动机、工作台、滚动导轨、精密测量反馈系统和防护系统等部分构成。
图1 高速直线电动机驱动进给单元的基本构成
2)直线电动机
直线电动机是一种做直线运动的电机。由于直线电动机和执行机构之间没有中间传动机构，使得传动系统结构简单，同时加减速速度快，可实现快速启动和正反向运动。
(a)笼型异步电动机；(b)直线异步电动机
图2 直线电动机的演化
如图2(a)所示，如果将笼型异步电动机沿径向剖开，并将电动机的圆周展成直线，就得到图2(b)所示的直线异步电动机。其中定子与初级对应，转子与次级对应。由图2(a)演变而来的直线电动机，其初级和次级的长度是相等的。由于初级和次级之间要做相对运动，因此，为保证初级与次级之间的耦合保持不变，实际应用中，初级和次级的长度是不相等的。直线电动机的基本结构形式如图3所示，如果初级的长度较短，则称为短初级；反之，则称为短次级。由于短初级结构比较简单，成本较低，因此在高速数控机床进给系统中通常使用这种结构。
(a)短初级；(b)短次级
图3直线电动机的基本结构形式
由上所述，直线电动机是由旋转电动机演变而来的，因此，当在初级的多相绕组中通入多相电流后，会产生一个气隙磁场，这个磁场的磁通密度波是直线移动的，称为行波磁场。直线电动机的工作原理如图4所示。显然，行波的移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上的线速度是相同的，称为同步速度，大小可用下式表示：
其中，vs为同步速度；f为电源频率；τ为极距。
图4 直线电动机的工作原理图
在行波磁场的切割下，次级中的导条将产生感应电动势和电流，所有导条的电流和气隙磁场相互作用，产生切向电磁力(图中只画出一根导条)。如果初级是固定不动的，那么次级就沿着行波磁场行进的方向作直线运动。若次级移动的速度用v表示，则转差率的大小为
次级移动速度为
这表明直线感应电动机的速度与电源频率及电动机极距成正比，因此，改变极距或电源频率都可改变电动机的速度。
3)直线电动机与机床工作台的连接方式
图5为感应异步直线电动机截面图，它采用的是动短初级、定长次级的结构形式。带三相绕组的初级6通过冷却板3(内有多路冷却油道)，用固定螺钉5反装在工作台4上。带栅条的次级2通过冷却板1用固定螺钉8装在直线电动机的底座7上，然后再固定在机床床身上。
图5 感应异步直线电动机截面图
从工作台的角度看，直线电动机驱动的工作台是直线电动机的初级载体，同时为了减小摩擦、保证正确的运动导向和防止颠覆力矩，通常在工作台下平面上安装有4个与滚动导轨相连的滑块，工作台与动短初级和滑块的连接如图6所示。
图6 工作台与动短初级和滑块的连接
4)直线电动机驱动进给单元的合理布局
根据直线电动机的安装方式，进给单元的结构布局可分水平与垂直两种方式。图7所示为水平布局方式，它的优点是：结构简单，安装维护方便，工作台高度较小。缺点是：初级与次级间的电磁吸力与工作台重力的方向相同，如果工作台的刚度不足，将会使初级与次级间的间隙减小，从而影响直线电动机的正常工作。因此，水平布局方式的进给单元只宜用于小于中等载荷的情况。
水平布局方式又可分为单电动机驱动(见图7（a）)与双电动机驱动(见图7（b）)两种。
(a)单电动机驱动；(b)双电动机驱动
图7 直线电动机的水平布局方式
单电动机驱动布局方式的特点是：结构简单，工作台两导轨间的跨距较小，测量装置的安装与维修方便，适合要求推力不大的场合。
双电动机驱动布局方式的特点是：合成推力大，两导轨间的跨距较大，工作台受电磁吸力的变形较大，对工作台的刚度要求较高，安装也较困难，测量与控制也较复杂，故只适用于特殊场合。
垂直布局方式均为双电动机驱动，如图8所示。
(a)外垂直安装；(b)内垂直安装
图8 直线电动机的垂直布局方式
5)直线电动机驱动进给单元的其他结构装置
（1）导轨。由于直线电动机进给单元的运动速度高，工作时导轨将承受很大的动载荷和静载荷，并受到多方面的颠覆力矩。另外，工作台与导轨的摩擦也会影响进给单元的加速度和发热等。因此必须选用高精度、高刚度和承载能力大的导轨结构，同时选用摩擦系数小的材料。图9是四向等截面圆弧接触型高速高刚度滚动导轨。这种滚动导轨的摩擦系数仅为0.02，且动、静摩擦系数相差很小，可有效地避免发热和爬行，可以预加载荷和消除反向间隙，其刚度高，承载能力大，使用寿命长，能较长期保持工作精度。
图9 四向等截面圆弧接触型高速高刚度滚动导轨
（2）测量系统。由于直线电动机的动子直接与工作台相连，因此只能构成闭环系统。通常选用机构精密光栅尺作为工作台位置检测元件。
（3）散热装置。由于直线电动机工作时会产生大量的热量，因此必须采取散热措施。直线电动机的初级、次级与工作台和导轨连接时，中间都有冷却板装置，这样就可以由通入冷却板中工作的介质将热量带走。
（4）防磁装置。由于直线电动机的磁场是开式的，很容易吸附磁性物质从而影响加工精度，因此必须采取防磁措施。如采用三维折叠式密封罩将整个机床都遮蔽起来。
6)直线电动机驱动的适用场合
由于直线电动机驱动可以获得高速度和超高速（60～180m/min或更高）、高加速度（1.0～10g）、长行程和高精度，因此可用于高档高速加工中心以及其他类型的高速和超高速数控机床。
