碳纤维是纤维状的碳素材料，其含碳量在99%以上，是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能，是高性能纤维中比强度和比模量最高的纤维。其中，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中为最高，是应用最广泛的碳纤维复合材料。

　　碳纤维复合材料（CFRP）的主要特性（1）质量轻（铁的1/4）；（2）高刚性（优于铁的高弹性，高强度。在保持刚性的同时，可对应薄型化产品）；（3）热传导性高（优于铁的热传导率。与一般的塑料材料相比，有着更高的热传导率）；（4）热膨胀系数低（优于金属的尺寸安定性。热膨胀系数可为零）；（5）非磁性（非磁体但有电磁屏蔽性）；（6）吸振性好（震动衰减性高）；（7）耐高温、耐热冲击；（8）抗腐蚀与辐射性能。

　　由于全自动引线键合机的XY工作台以高加速度、高重复定位精度而著称，因此采取直线电机的驱动形式。但是直线电机在驱动运动部件做直线运动时，要避免由于直接驱动产生的振动，因此对运动模块的整体刚度有较高要求，以满足高动态响应。直线电机动子属于悬臂梁结构状态，为满足更高加速度、高动态响应的要求，直线电机动子应选用质量轻且刚性好的材料。目前，选用的是玻璃纤维复合材料，但是随着对设备提出更高加速度的要求，玻璃纤维复合材料已无法满足需要，因此考虑采用碳纤维复合材料。

　　通过有限元分析软件Ansys分析直线电机动子在碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料两种情况下的振动模态。根据直线电机的运动特点和动子的安装方式，动子相当于一种悬臂梁安装方式，因此只取一阶固有频率的数值，即反映了动子在径向上的振动情况。碳纤维复合材料一阶固有频率值为406Hz，玻璃纤维复合材料一阶固有频率值为260Hz。悬臂梁结构导致直线电机动子的振动最强点在前端，而为削弱悬臂梁结构对系统动态性能造成的影响，直线电机动子应选用一阶固有频率较高的材料。通过模态分析可见，碳纤维复合材料的一阶固有频率值远高于玻璃纤维复合材料。

　　通过实际测试结果为：碳纤维复合材料动子的一阶固有频率值为420Hz，玻璃纤维复合材料动子的一阶固有频率值为270Hz。可见，试验分析值与有限元分析值较接近，碳纤维复合材料的一阶固有频率值远高于玻璃纤维复合材料，能够满足更高的动态响应需求。通过刚度试验得到的测试数据可知，在同样外力的作用下，碳纤维复合材料动子比玻璃纤维复合材料动子的变形小，因此前者的刚度远高于后者。

　　经实际加工验证，碳纤维复合材料与玻璃纤维复合材料加工时要选择合适的刀具，碳素钢或高速钢刀具可适用于玻璃纤维复合材料的加工，对于碳纤维复合材料由于硬度较高，应选择硬质合金或聚晶金刚石刀具。碳纤维复合材料作为一种新兴的材料，其能否广泛应用，刀具是主要限制因素，而工艺参数的改进有利于克服加工缺陷，保证加工质量。

　　目前，直线电机在高精度、高重复定位精度工作台上的应用越来越广泛，而为获得良好的运动性能及高的动态响应性能，对系统刚度提出严格要求，并且要在保证运动部件刚度的前提下减轻质量，因此本文中，为提升XY工作台用直线电机性能，通过有限元分析和实验分析，得知碳纤维复合材料较玻璃纤维复合材料具有更高的一阶固有频率和刚度，另外其还具有吸振性好、耐高温、热传导好等优点，因此，用于高加速运动平台的双边型动圈型无铁心直线电机，其动子采用碳纤维复合材料能够获得更优异的性能。但是，碳纤维复合材料的机械加工性能较差，因此要提高对碳纤维复合材料的机加工工艺和加工水平，并对直线电机动子的制成工艺提出更高要求。

　　阅读延伸：《碳纤维复合材料有助于电机基座减振降噪》