機(jī)床正向高速、高效和復(fù)合加工的方向發(fā)展，與之配套的運(yùn)動(dòng)控制也愈發(fā)受到關(guān)注。
機(jī)床高速發(fā)展的有力保障
Heinrich Willms先生：在過去的數(shù)年中機(jī)床發(fā)展一直向著高速，高效和復(fù)合方向發(fā)展，這個(gè)趨勢將繼續(xù)延續(xù)下去。
目前為滿足高速復(fù)合機(jī)床的發(fā)展需要，滾珠絲杠的發(fā)展也有了新方向，最新機(jī)床使用領(lǐng)域的開發(fā)對滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的要求，如為了減小自身重量而設(shè)計(jì)出的空心滾珠絲杠，為了增加相對運(yùn)行速度而設(shè)計(jì)出的同時(shí)帶有左右旋的絲杠，特殊的帶套螺母以及其他螺母結(jié)構(gòu)適合任何一款機(jī)床設(shè)備的需要。
高速滾珠絲杠的出現(xiàn)主要是通過改變反向器軌道的幾何形狀和材料來達(dá)到的。滾珠絲杠的運(yùn)行速度直到100m/min是毫無問題，即使在這么高的運(yùn)行速度下機(jī)床仍然保持很高的剛性，較低的耗能。
以前大型機(jī)床的制造都是通過人工實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)在的大型機(jī)床，如船舶業(yè)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)制造裝置以及發(fā)電裝置都可通過數(shù)字化控制實(shí)現(xiàn)。在這一領(lǐng)域就迫切需要高效，超長的大直徑滾珠絲杠。目前世界上已經(jīng)出現(xiàn)可生產(chǎn)20m滾珠絲杠的大型機(jī)床設(shè)備。這為滾珠絲杠在超高負(fù)載領(lǐng)域的新發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
大倉勝利先生：當(dāng)前機(jī)床的發(fā)展趨勢無疑是高速化、復(fù)合化。THK自1972年剛開始研發(fā)LM導(dǎo)軌時(shí)起，就已經(jīng)著手機(jī)床的高速化了。將傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)改變?yōu)闈L動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，使得機(jī)件的移動(dòng)速度提高了2倍多，目前的高速機(jī)床中LM導(dǎo)軌已成為必備部件。LM導(dǎo)軌本身也在逐年進(jìn)步，現(xiàn)在已能實(shí)現(xiàn)60m/min以上的高速運(yùn)行。
機(jī)床工作的要素之一，是加工中存在必需的切削推力和切削反力。電機(jī)作為動(dòng)力源使?jié)L珠絲杠軸旋轉(zhuǎn)，從而轉(zhuǎn)化為軸向驅(qū)動(dòng)，這時(shí)的滾珠絲杠有兩個(gè)作用：一是驅(qū)動(dòng)作用；二是在產(chǎn)生加工所需切削推力的同時(shí)，承受切削反力等負(fù)載的作用。滾珠絲杠的螺距因?qū)С?每轉(zhuǎn)的移動(dòng)距離)而異。通過螺距將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)周向力轉(zhuǎn)換為軸向力，即還起著減速機(jī)的作用，使很小的電機(jī)也能產(chǎn)生很大的軸向力，滾珠絲杠確實(shí)是一種非常重要的機(jī)械部件。
線性電機(jī)則不具有減速機(jī)的作用。因此，在承受切削反力，或停止時(shí)都要耗費(fèi)很大的電力，這是它的缺點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是，可通過線性標(biāo)尺在作用點(diǎn)(加工點(diǎn))附近進(jìn)行位置檢測。還由于零件數(shù)量少，組裝零件時(shí)相互間的誤差也較少，定位精度優(yōu)良。它沒有通常電機(jī)、絲杠驅(qū)動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不受離心力等的影響，因此速度可達(dá)絲杠驅(qū)動(dòng)時(shí)的2倍以上。今后以線性電機(jī)為主要應(yīng)用領(lǐng)域的是通過超高速主軸加工的無切削推力的精細(xì)加工和亞微米精度加工。
于宙先生：目前，國內(nèi)生產(chǎn)的功能部件經(jīng)過近幾年的高速發(fā)展，水平提高很快，和進(jìn)口產(chǎn)品相比，差距正逐步縮小，高速滾珠絲桿副的速度已能達(dá)到60m/min，在中檔和中高檔產(chǎn)品上已能替代進(jìn)口產(chǎn)品，尤其是在大型重載滾珠絲桿副方面，已形成自我配套能力，逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品。但是，由于國內(nèi)生產(chǎn)廠家對高端功能部件的研究和試驗(yàn)重視程度不夠，缺乏有力的數(shù)據(jù)說明，加之高端功能部件市場長期以來一直由國外產(chǎn)品把持，主機(jī)廠家對國內(nèi)產(chǎn)品信任度不高，影響了國內(nèi)功能部件產(chǎn)品的銷售。
滾珠絲杠PK直線電機(jī)
蕭瑞華先生：直線電機(jī)是一種取代旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的電機(jī)。推進(jìn)力直接產(chǎn)生在運(yùn)動(dòng)部件(滑臺(tái))上，不再需要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的附加機(jī)構(gòu)。因此其定位和重復(fù)精度較高，同時(shí)具有較高的速度和加速度。結(jié)構(gòu)上較少的摩擦件保證了高可靠性。直線電機(jī)免維護(hù)，噪聲也較低。但是，采用直線電機(jī)的整個(gè)機(jī)器結(jié)構(gòu)沒有緩沖，所以控制系統(tǒng)復(fù)雜，還需要采取防護(hù)措施解決磁鐵吸引切屑以及散熱等問題。價(jià)格也比滾珠絲杠貴。
滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，在運(yùn)行方向上具有較高的剛度，同時(shí)具有較高的精度和較低的噪聲，同直線電機(jī)相比具有更高的進(jìn)給力，但是速度和加速度較低，維護(hù)要求也相對較高。
劉同先生：在滾珠絲杠和直線電機(jī)的認(rèn)識上還存在一種誤區(qū)，認(rèn)為把原來機(jī)床的絲杠換為直線電機(jī)就行了，雖然這可以簡化機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，但并不一定意味著機(jī)械設(shè)計(jì)簡單。因?yàn)闄C(jī)床在高速運(yùn)行的情況下，并不是一個(gè)完全的剛體，會(huì)有一些變化，對于機(jī)床這種動(dòng)態(tài)性能的研究國內(nèi)還欠缺一些，從設(shè)計(jì)手段、設(shè)計(jì)方法上可能對這方面研究比較少。這樣就會(huì)造成國內(nèi)一些現(xiàn)象，原來很有愿望去試驗(yàn)一下這種高技術(shù)，就去試驗(yàn)，結(jié)果試驗(yàn)不好，就放棄了。也沒有深入研究為什么，或者從方法上去改進(jìn)，這就是問題所在。
國外使用直線電機(jī)的時(shí)候也會(huì)遇到同樣的問題，如在運(yùn)動(dòng)過程中，主軸箱是方形的，但實(shí)際上在高速運(yùn)行的情況下擺動(dòng)了，精度就受到影響了。低速運(yùn)行的時(shí)候可能不是很明顯，但高速的時(shí)候就體現(xiàn)出來了。直線電機(jī)技術(shù)用在機(jī)床上的時(shí)候需要與系統(tǒng)配套起來，而不僅是一個(gè)零件，目前可應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線24h的工作，因此這種動(dòng)態(tài)的問題，是主機(jī)廠商今后需要迫切解決的問題。
在大型的設(shè)備中使用直線電機(jī)還是具有一定優(yōu)勢的，因?yàn)橹本�電機(jī)的次級是通過一段段連續(xù)拼接安裝在機(jī)床床身上的，可以預(yù)先計(jì)算出需要的比例，可以降低費(fèi)用。
Heinrich Willms先生：20世紀(jì)90年代直線電機(jī)作為機(jī)床驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)入了市場并被應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床上面。直線電機(jī)的大優(yōu)點(diǎn)在于300m/min的高速度。在速度這點(diǎn)上直線電機(jī)超過了滾珠絲杠近3倍。在超高速的運(yùn)行條件下，直線電機(jī)占有無與倫比的優(yōu)勢。
但滾珠絲杠相對直線電機(jī)又有著它獨(dú)特的優(yōu)勢：價(jià)格優(yōu)勢——滾珠絲杠的價(jià)格要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于直線電機(jī)，從生產(chǎn)成本上來講也是如此；低耗能——直線電機(jī)的耗能是滾珠絲杠的好幾倍，這意味著會(huì)帶來很多不經(jīng)濟(jì)的問題；高剛性——使用滾珠絲杠的機(jī)床剛性大于使用直線電機(jī)的機(jī)床；磁性——使用直線電機(jī)的機(jī)床在工作臺(tái)周圍形成很強(qiáng)的磁場，這種磁場會(huì)吸附鐵屑，對數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)過程產(chǎn)生負(fù)面的影響。
市場上除了直線電機(jī)和滾珠絲杠外還有其他一系列的直線傳動(dòng)裝置，如齒條、液壓缸或者氣壓缸。滾珠絲杠在過去的幾十年中，由于它的經(jīng)濟(jì)性，低耗能和高剛性在該領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，市場份額不斷增加，未來也將繼續(xù)扮演重要角色。
于宙先生：在高速和超高速加工中，要求高的動(dòng)態(tài)特性和控制精度；瞬間達(dá)到高速和在高速運(yùn)行中瞬間準(zhǔn)停；振動(dòng)小、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)；可靠性高、壽命長。在各類線性驅(qū)動(dòng)元部件中，精密高速滾珠絲杠副和直線電機(jī)是大型、精密、高速數(shù)控裝備的快速伺服進(jìn)給系統(tǒng)中能滿足上述要求的核心功能部件。
直線電機(jī)作為一種機(jī)電系統(tǒng)，具有高速響應(yīng)、高定位精度、動(dòng)剛度高、速度快、加減速過程短、行程長度不受限制、運(yùn)動(dòng)安靜、噪聲低、效率高的特點(diǎn)。將機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化，電氣控制復(fù)雜化，符合現(xiàn)代機(jī)電技術(shù)的發(fā)展趨勢。但直線電機(jī)也有很多不足，除了成本高以外，在全數(shù)字控制技術(shù)、散熱、隔磁、電磁干擾、零位方式、增大推力、降低能耗、部件模塊化等方面還有大量的基礎(chǔ)工作要做。
由于滾珠絲杠副優(yōu)良的滾動(dòng)摩擦特性和傳動(dòng)效率高(η=90%~95%)、傳動(dòng)敏捷靈活等功能，使其具備提速的有利條件。因此，與直線電機(jī)相比，精密高速滾珠絲杠副不但具有成本低的優(yōu)勢，同時(shí)便于全數(shù)字控制、易于冷卻發(fā)熱量小、無電磁輻射、可實(shí)現(xiàn)較大的軸向推力、傳動(dòng)效率高、部件模塊化已經(jīng)成熟等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域直線電機(jī)無法代替或在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)無法代替。
對安全和環(huán)保的貢獻(xiàn)
蕭瑞華先生：在安全性方面：首先，力士樂滑塊的承載能力嚴(yán)格按照ISO國際標(biāo)準(zhǔn)確定并在實(shí)際測試條件下驗(yàn)證，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；其次，力士樂的導(dǎo)軌系統(tǒng)具有極高的承載能力能夠滿足峰值負(fù)載；在機(jī)床的Z軸導(dǎo)軌系統(tǒng)上可以選配夾緊/剎車元件，這樣在突然斷電情況下保證避免Z軸工作臺(tái)不會(huì)墜落傷人或損壞設(shè)備。
在環(huán)保方面：導(dǎo)軌系統(tǒng)與滾珠絲杠都采用輕油潤滑，污染較小；因?yàn)槭菨L動(dòng)運(yùn)行，因而油潤滑的消耗量很小，采用前置潤滑單元，補(bǔ)充潤滑周期可達(dá)10萬km。同傳統(tǒng)的滑動(dòng)摩擦相比，滾動(dòng)功能部件可以顯著的滑動(dòng)軸承其摩擦力降低約90%，采用低摩擦密封的滾珠導(dǎo)軌的摩擦力可降低50%，因此所需的驅(qū)動(dòng)功率也相應(yīng)減小。小規(guī)格的產(chǎn)品也具有很高的負(fù)載能力。降低摩擦力，如100與125規(guī)格的滾柱導(dǎo)軌系統(tǒng)相比多種材質(zhì)的產(chǎn)品(鋁/鋼)能顯著降質(zhì)量，如eline導(dǎo)軌質(zhì)量約降低60%，VKK進(jìn)給模塊采用鋁質(zhì)主體和套管，也一定程度上降低了功率消耗。
運(yùn)動(dòng)控制的整體解決方案
蕭瑞華先生：博世力士樂可以提供全套傳動(dòng)、控制與移動(dòng)的解決方案。
博世力士樂重載滾柱導(dǎo)軌導(dǎo)向系統(tǒng)是專門為重型機(jī)床、塑料機(jī)械、成型機(jī)械等研制的結(jié)構(gòu)緊湊、滾柱支承的軸向?qū)虍a(chǎn)品。不同的精度等級，各承載方向上都具有極高的承載能力(額定靜載荷可達(dá)200t)和極高的剛度，特別適用于重載場合。導(dǎo)軌和滑塊在滾道區(qū)均采用精密加工，保證了在同一精度等級內(nèi)任意互換。博世力士樂同時(shí)提供精密滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，具有品種繁多的精密滾壓絲杠和預(yù)緊的與可調(diào)預(yù)緊的單、雙螺母，優(yōu)化設(shè)計(jì)的滾珠循環(huán)系統(tǒng)使噪音更低，運(yùn)行速度更高。更多數(shù)量的滾珠保證了高額定載荷。
劉同先生：西門子作為自動(dòng)化技術(shù)公司可以提供整體解決方案，更貼合機(jī)床應(yīng)用。西門子與航空航天、汽車業(yè)合作都很廣泛，航空航天就是高速加工的一個(gè)典型應(yīng)用，合作過程中用戶就會(huì)提出這樣或那樣的要求。我們要不斷發(fā)展去滿足這些要求，西門子有專門針對航空航天和汽車的應(yīng)用部門，這樣推出的產(chǎn)品更適用一些。
西門子所強(qiáng)調(diào)的提供一整套的解決方案中，“一套”的概念與其他公司不同，規(guī)模不一樣，西門子除了可以提供一套針對機(jī)床的解決方案以外，還能夠提供一套針對生產(chǎn)線或是整個(gè)車間、工廠的解決方案，還有網(wǎng)絡(luò)化的東西，包括車間的現(xiàn)場總線的連接，還涉及車間級的工業(yè)以太網(wǎng)的硬件、軟件。
于宙先生：優(yōu)勵(lì)聶夫(南京)科技有限公司使用的Vario500-8000旋銑機(jī)床，是目前世界首臺(tái)、大規(guī)格、最高精度的滾珠絲杠硬旋銑機(jī)床。該機(jī)床選用了世界上最先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)和位置監(jiān)測單元，具有5軸CNC控制、可4軸線性插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)、遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)等功能，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
目前公司已形成了一條從外圓加工，熱處理到滾珠螺紋加工完整的特大型滾珠絲杠生產(chǎn)線，我們采用德國聶夫先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念為用戶提供了大型數(shù)控鏜銑床用10m整根無對接滾珠絲桿副，解決了大型數(shù)控鏜銑床高精度和重載的要求，我們采用最新設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)制造的高速重載滾珠絲杠副，其額定動(dòng)載荷達(dá)到50t，額定靜載荷達(dá)到150t，已為電動(dòng)注塑機(jī)廠家所選用。
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