滚珠丝杠高速进给系统

 高速加工技术是现代先进制造技术之一，它的出现是市场经济全球化和各种先进技术发展的综合结果。高速加工技术已逐渐发展成为一门综合系统工程技术，并得到越来越广泛的应用。高速加工是面向21世纪的高新技术。其特点是效率高、精度高、表面质量高。它获得了越来越广泛的应用，并取得了显着的技术和经济效益。它是当代先进制造技术的重要组成部分。

 在高速加工机床快速发展的过程中，进给系统速度的提高是实现高速化的主要组成部分之一。尽管人们为了实现高速进给而对直线电机和平行虚拟轴机床进行了探索和研究，但由于成本高、技术不完善而未能被广泛接受。进给驱动系统仍然占主导地位。因此，开发高速滚珠丝杠螺母副是实现高速切削的关键技术之一。

 1、高速滚珠丝杠进给系统

 自1958年美国公司生产出世界第一台加工中心以来，“旋转电机+滚珠丝杠”至今仍是加工中心等数控机床的进给方式。系统采用的主要形式。滚珠丝杠副传动系统采用交流伺服电机驱动，进给加速度可达1g，进给速度可达40-60m/min，定位精度可达20-25μm。与直线电机驱动的进给系统相比，采用旋转电机驱动滚珠丝杠的进给方案受限于工作台的惯性和滚珠丝杠副的结构，可实现的进给速度和加速度达到的相对较少。

改进后的滚珠丝杠进给速度一般不超过60-80m/min，加速度小于1.5g。它在高速加工中心的应用仍然有限。与直线电机驱动的进给系统相比，滚珠丝杠副实现的高速进给系统可以大大降低成本。日本精工开发出进给速度高达100m/min的滚珠丝杠。采取的改进措施主要包括采用16-32mm的大导程，提高滚珠循环部分的质量，采用多螺纹增加有效圈数，改善滚道形状等。进料系统的速度，高刚度和高承载能力。

2、直线电机进给驱动系统

直线电机驱动实现了非接触式直接驱动，避免了滚珠丝杠、齿轮和齿条驱动存在的背隙、惯性、摩擦和刚性不足等缺点，可以获得高精密高速运动，并具有出色的稳定性。直线电机的本质是将旋转电机径向切割，然后将其拉直。直线电机的转子与工作台固定连接，定子安装在床身上。在机床进给系统中使用直线电机后，可以将机床进给传动链的长度缩短到零，从而实现所谓的“零传动”。

直线电机本身的结构也有一些不利因素。例如，直线电机的磁场是开放的。特别是使用永磁直线电机时，应在床身安装一排磁力强的永磁体。因此，必须采取适当的磁隔离措施，否则其磁场周围的灰尘和碎屑会被吸收。与相同容量的旋转电机相比，直线电机的效率和功率因数较低。尤其是在低速时更为明显，但从整个装置和系统的角度来看，由于采用直线电机后省略了中间传动装置，系统的效率有时会高于旋转电机。另外，直线电机特别是直线感应电机的启动推力受电源电压影响很大，因此需要采取相关措施保证电源的稳定性或改变电机的相关特性以减少或消除这种影响。直线电机驱动的数控机床虽然需要解决上述问题，但目前，当加速度大于1g时，直线电机仍是唯一的选择。

3、基于并联机构的高速进给系统

传统机床的结构一般是由床身、工作台、立柱、导轨、主轴箱等零件串联组成的非对称布局。因此，机床结构不仅要承受拉伸和压缩载荷，还要承受弯曲和扭转载荷。为了保证机床的整体刚性，只能使用结构比较重的支撑件和运动件，不仅消耗大量的材料和能源，而且制约进给速度和加速度的进一步提高的机床。刀具与工件的相对运动误差由各坐标轴的运动误差线性叠加形成。机床结构的不对称也会导致应力和热量不均匀，从而影响机床的加工精度。为了克服传统机床布局中的固有缺陷，满足高速加工的要求，近年来出现了一种新概念的机床进给机构，即平行虚拟轴关节。结构体。具有这种进给机构的机床也称为平行运动机床。

并联机床是一种全新的实现高速进给的运动机构，具有很好的应用前景。但由于并联机床的结构限制，在应用过程中也存在一定的问题。例如，有效工作空间比较小，六轴全平行机床的运动范围很小。很难同时实现立式和卧式加工，机床往往体积大，工作空间小，这是六杆机床发展初期的通病。近年来，各国大力发展混合动力机床，机床的这种结构可以在很大程度上解决工作空间小的问题。平行机床的另一个严重问题是加工精度低，主要原因是杆件的热变形和铰链接头的制造精度难以提高，研发结构尺寸小、承载能力强、精度高的复合轧制关节零件是并联机床发展的关键基础技术问题。并联机床的数控编程和误差补偿比较复杂，并行机床的自动编程。尤其是自动补偿的难度和工作量是比较重要和难度较大的任务。

直线电机高速进给系统和基于并联结构的高速进给系统确实有很多好的优点，但是由于直线电机高速进给的成本比滚珠丝杠高，是普通加工企业无法承受的。然而，基于并联结构的高速进给系统技术的发展并不完善。因此，高速滚珠丝杠进给的研究仍是一个重要方向。