滚珠丝杠,直线电动机和精密高速滚珠丝杠副在高速机床上的应用

文章来源：天津隆创日盛网站发布时间：2010-09-19

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近年来装备制造业飞速发展，作为制造业核心加工设备的数控机床正向高速、高效、高精度、智能化、复合化、环保化方向发展。在高速和超高速加工中，要求高的动态特性和控制精度;瞬间达到高速和在高速运行中瞬间准停;振动小、噪声低、运行平稳;可靠性高、寿命长。在各类线性驱动元部件中，精密高速滚珠丝杠副 (Precicion High-speed Ball Screws——本文简称PHS-BS)和AC直线电动机(AC Linear

一、直线电机

直线电动机是借助于电磁作用原理，直接将电能转换为直线运动的驱动装置。世界上第一台直线电动机是英国物理学家惠斯登(Sir Charles Wheatstone)发明，并于1845年取得专利。最初以高速运输和牵引为主，经过不断改进后应用范围逐渐扩大到电脑及办公设备、半导体制造装备、医疗装备、工业自动化、自动绘图仪等等。根据不同应用场合的差异，直线电动机的种类也很多。近年出现一种由直线电动机与铝合金滚柱导轨组合的高速线性驱动部件。Vmax=600m/min，加速度4g，应用在快速抓取和放下的场合。

图1为：HIWIN直线电机平台-LMX2L铁芯式线性马达平台

随着控制技术、电子技术、材料技术的发展，直线电动机经历了由快速轻载到快速大推力，由一般工业领域向大型、精密、高速数控装备领域发展的过程。中国虽然早在1969年浙江大学等单位就开始研究工业用直线电动机，但是AC-LM在数控机床上的应用还是最近十多年的事情，清华大学、广东工学院、沈阳工业大学、哈工大等单位在研究AC-LM用于高速数控机床方面做了大量工作。

二、滚珠丝杠副

由于滚珠丝杠副优良的滚动摩擦特性和传动效率高(η=90～95%)、传动敏捷灵活等功能，使其具备提速的有利条件。提速有三个途径：(1)加大导程Pn，这就是我们常说的大导程(或超大导程)滚珠丝杠副。因Pn增大不利于提高导程精度，而且进给系统的静刚度迅速下降，所以只适用于对定位精度要求不高的快速驱动场合。(2)兼顾精度、速度、动态特性，适度增加Pn和n(转速)以及螺纹头数。因为受临界转速Nc的制约，追求高转速是不可取的。(3)从产品结构和驱动方式上进行改革创新，例如：变丝杠主驱动为螺母主驱动;变单驱动为双驱动;丝杠空心化、螺母小径化、滚动体轻量化等。(4) 将滚珠丝杠做成空心，从丝杠内部实施强冷。有的企业还在内孔中配置阻尼棒，抑制高速时的振动。HIWIN公司的“Cool Type I”系列还同时对滚珠螺母实施强冷。