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滚珠丝杠副在高速数控机床上的应用

浏览数量:32     作者:本站编辑     发布时间: 2020-08-25      来源:本站



高速加工是面向21世纪的一项高新技术,它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在航天航空、汽车工业、模具制造、光电工程和仪器仪表等行业中获得了越来越广泛的应用,并已取得了重大的技术经济效益,是当代优良制造技术的重要组成部分。为了实现高速加工,首先要有高速数控机床。高速数控机床需要同时具有高速主轴系统和高速进给系统,才能实现材料切削过程的高速化。为了实现高速进给,国内外有关制造厂商不断采取措施,升高滚珠丝杠的高速性能。主要措施有:



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1)适当加大丝杠的转速、导程和螺纹头数。目前常用大导程滚珠丝杠公称直径与导程的匹配为:40mm×20mm,50mm×25mm,50mm×30mm等,其进给速度均可达到60m/min以上。为了提高滚珠丝杠的刚度和承载能力,大导程滚珠丝杠一般采用双头螺纹,以提高滚珠的有效承载圈数。

2)改进结构,升高滚珠运动的流畅性。改进滚珠循环反向装置,优化回珠槽的曲线参数,采用三维造型的导珠管和回珠器,真正做到沿着内螺纹的导程角方向将滚珠引进螺母体中,使滚珠运动的方向与滚道相切而不是相交。这样可把冲击损耗和噪声减至最小。

3)采用“空心强冷”技术。高速滚珠丝杠在运行时由于摩擦产生高温,造成丝杠的热变形,直接影响高速机床的加工精度。采用“空心强冷”技术,就是将恒温切削液通入空心丝杠的孔中,对滚珠丝杠进行强制冷却,保持滚珠副温度的恒定。这个措施是升高中、大型滚珠丝杠高速性能和工作精度的有效途径。

4)对于大行程的高速进给系统,可采用丝杠固定、螺母旋转的传动方式。此时,螺母一边转动、一边沿固定的丝杠作轴向移动,由于丝杠不动,可避免受临界转速的限制,避免了细长滚珠丝杠高速运转时出现的种种问题。螺母惯性小、运动灵活,可实现的转速高。

5)进一步升高滚珠丝杠的制造质量。通过采用上述种种措施后,可在很大程度上克服传统滚珠丝杠存在的一些问题。日本和瑞士在滚珠丝杠高速化方面一直处于国际领先地位,其最大快速移动速度可达60m/min,个别情况下甚至可达90m/min,加速度可达15m/s2。由于滚珠丝杠历史悠久、工艺成熟、应用广泛、成本较低,因此在中等载荷、进给速度要求并不十分高、行程范围不太大(小于4~5m)的一般高速加工中心和其他经济型高速数控机床上应用最为广泛。


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完整的滚珠丝杠设计选型,除了要考虑传动行程(间接影响其他性能参数)、导程(结合设计速度和马达转速选取)、使用状态(影响受力情况),额定载荷(尤其是动载荷将影响寿命)、部件刚度(影响定位精度和重复定位精度)、安装形式(力系组成和力学模型)、载荷脉动情况(与静载荷一同考虑决定安全性),形状特性(影响工艺性和安装)等因素外,还需要对所选的规格的重复定位精度、定位精度、稳定性、极限转速、峰值静载荷以及循环系统极限速率(Dn值)等进行校核,进行修正选择后才能得到完全适用的规格,进而确定马达、轴承等关联件的特征参数。 

 


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