滾珠絲杠高速進給系統(tǒng)

高速加工技術是現(xiàn)代先進制造技術之一，它的出現(xiàn)是市場經(jīng)濟全球化和各種先進技術發(fā)展的綜合結果。高速加工技術已逐漸發(fā)展成為一門綜合系統(tǒng)工程技術，并得到越來越廣泛的應用。高速加工是面向21世紀的高新技術。其特點是效率高、精度高、表面質量高。它獲得了越來越廣泛的應用，并取得了顯著的技術和經(jīng)濟效益。它是當代先進制造技術的重要組成部分。

在高速加工機床快速發(fā)展的過程中，進給系統(tǒng)速度的提高是實現(xiàn)高速化的主要組成部分之一。盡管人們?yōu)榱藢崿F(xiàn)高速進給而對直線電機和平行虛擬軸機床進行了探索和研究，但由于成本高、技術不完善而未能被廣泛接受。進給驅動系統(tǒng)仍然占主導地位。因此，開發(fā)高速滾珠絲杠螺母副是實現(xiàn)高速切削的關鍵技術之一。

1、高速滾珠絲杠進給系統(tǒng)

自1958年美國公司生產(chǎn)出世界第一臺加工中心以來，“旋轉電機+滾珠絲杠”至今仍是加工中心等數(shù)控機床的進給方式。系統(tǒng)采用的主要形式。滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)采用交流伺服電機驅動，進給加速度可達1g，進給速度可達40-60m/min，定位精度可達20-25μm。與直線電機驅動的進給系統(tǒng)相比，采用旋轉電機驅動滾珠絲杠的進給方案受限于工作臺的慣性和滾珠絲杠副的結構，可實現(xiàn)的進給速度和加速度達到的相對較少。

改進后的滾珠絲杠進給速度一般不超過60-80m/min，加速度小于1.5g。它在高速加工中心的應用仍然有限。與直線電機驅動的進給系統(tǒng)相比，滾珠絲杠副實現(xiàn)的高速進給系統(tǒng)可以大大降低成本。日本精工開發(fā)出進給速度高達100m/min的滾珠絲杠。采取的改進措施主要包括采用16-32mm的大導程，提高滾珠循環(huán)部分的質量，采用多螺紋增加有效圈數(shù)，改善滾道形狀等。進料系統(tǒng)的速度，高剛度和高承載能力。

2、直線電機進給驅動系統(tǒng)

直線電機驅動實現(xiàn)了非接觸式直接驅動，避免了滾珠絲杠、齒輪和齒條驅動存在的背隙、慣性、摩擦和剛性不足等缺點，可以獲得高精密高速運動，并具有出色的穩(wěn)定性。直線電機的本質是將旋轉電機徑向切割，然后將其拉直。直線電機的轉子與工作臺固定連接，定子安裝在床身上。在機床進給系統(tǒng)中使用直線電機后，可以將機床進給傳動鏈的長度縮短到零，從而實現(xiàn)所謂的“零傳動”。

直線電機本身的結構也有一些不利因素。例如，直線電機的磁場是開放的。特別是使用永磁直線電機時，應在床身安裝一排磁力強的永磁體。因此，必須采取適當?shù)拇鸥綦x措施，否則其磁場周圍的灰塵和碎屑會被吸收。與相同容量的旋轉電機相比，直線電機的效率和功率因數(shù)較低。尤其是在低速時更為明顯，但從整個裝置和系統(tǒng)的角度來看，由于采用直線電機后省略了中間傳動裝置，系統(tǒng)的效率有時會高于旋轉電機。另外，直線電機特別是直線感應電機的啟動推力受電源電壓影響很大，因此需要采取相關措施保證電源的穩(wěn)定性或改變電機的相關特性以減少或消除這種影響。直線電機驅動的數(shù)控機床雖然需要解決上述問題，但目前，當加速度大于1g時，直線電機仍是唯一的選擇。

3、基于并聯(lián)機構的高速進給系統(tǒng)

傳統(tǒng)機床的結構一般是由床身、工作臺、立柱、導軌、主軸箱等零件串聯(lián)組成的非對稱布局。因此，機床結構不僅要承受拉伸和壓縮載荷，還要承受彎曲和扭轉載荷。為了保證機床的整體剛性，只能使用結構比較重的支撐件和運動件，不僅消耗大量的材料和能源，而且制約進給速度和加速度的進一步提高的機床。刀具與工件的相對運動誤差由各坐標軸的運動誤差線性疊加形成。機床結構的不對稱也會導致應力和熱量不均勻，從而影響機床的加工精度。為了克服傳統(tǒng)機床布局中的固有缺陷，滿足高速加工的要求，近年來出現(xiàn)了一種新概念的機床進給機構，即平行虛擬軸關節(jié)。結構體。具有這種進給機構的機床也稱為平行運動機床。

并聯(lián)機床是一種全新的實現(xiàn)高速進給的運動機構，具有很好的應用前景。但由于并聯(lián)機床的結構限制，在應用過程中也存在一定的問題。例如，有效工作空間比較小，六軸全平行機床的運動范圍很小。很難同時實現(xiàn)立式和臥式加工，機床往往體積大，工作空間小，這是六桿機床發(fā)展初期的通病。近年來，各國大力發(fā)展混合動力機床，機床的這種結構可以在很大程度上解決工作空間小的問題。平行機床的另一個嚴重問題是加工精度低，主要原因是桿件的熱變形和鉸鏈接頭的制造精度難以提高，研發(fā)結構尺寸小、承載能力強、精度高的復合軋制關節(jié)零件是并聯(lián)機床發(fā)展的關鍵基礎技術問題。并聯(lián)機床的數(shù)控編程和誤差補償比較復雜，并行機床的自動編程。尤其是自動補償?shù)碾y度和工作量是比較重要和難度較大的任務。

直線電機高速進給系統(tǒng)和基于并聯(lián)結構的高速進給系統(tǒng)確實有很多好的優(yōu)點，但是由于直線電機高速進給的成本比滾珠絲杠高，是普通加工企業(yè)無法承受的。然而，基于并聯(lián)結構的高速進給系統(tǒng)技術的發(fā)展并不完善。因此，高速滾珠絲杠進給的研究仍是一個重要方向。

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