我国滚珠丝杆副发展历程及未来趋势
今后高性能的滚珠丝杆副将引领国内市场,这是因为随着汽车工业、航天工业的发展对轻合金的高速切削加工越来越重视,加工中心、工业机器人、CN锻压机械、FMS及各类数控机床和自动化机械的进给驱动速度不断提高。以加工中心为例,工作台的移动速度在20世纪80年代仅为15~20m/min,加速度1.5g以上,并向更高速度推进。
作为伺服进给驱动系统中的重要执行机构-滚珠丝杆副,其发展必然与具有高效快速、节省能源、零间隙高刚度传动、跟随灵敏、不污染环境且对周边环境的适应性强等特点的高速切削机床的发展同步,将始终占据直线运动应用领域的绝大部分市场。为适应高速切削加工的要求,高性能的滚珠丝杆副已成为滚珠丝杆副产品发展的趋势。
所谓高性能就是指在高速度的基础上,丝杆副具有高的精度稳定性,达到高刚性、高负载、自润滑、低噪声、小温升、长寿命等性能。要实现滚珠丝杆副的高性能,这需要在滚珠丝杆的设计、制造及试验检测技术上不断的创新。
(1)设计
首先在设计上,充分利用现代动态设计理论及先进的计算机分析软件,研究滚珠丝杆副在高速工作状态下的稳定性.研究内容主要有滚珠螺母循环结构及循环返向机构的优化设计、滚珠丝杆副的极限转速、钢球与钢球及滚道之间的滑移动丝杆温升和噪音的影响等。
(2) 制造工艺
在制造工艺上,冷、热加工过程中对几何精度控制及丝杆内部组织质量是影响滚珠丝杆副性能主要因素。随着数控系统、电机、光栅尺等其它数控功能部件的同步发展,滚珠丝杆副作为实现数控机床直线运动的主要功能部件,它的导程制造精度要求在一定程度上将会逐步弱化,而对影响滚珠丝杆副性能的几何尺寸精度及丝杆内部组织要求逐步提高。
影响滚珠丝杆副性能的主要制造因素有丝杆及螺母滚道几何形状的加工误差、丝杆中径尺寸的一致性误差、冷加工对滚道表面组织的影响等。如何更好的减少这些误差和影响7目前,高速硬旋铣螺纹这一新技术为此提供了全面解决方案,该加工技术无须切削液,属绿色环保制造范畴,其主要优势是生产效率高,加工应力小,表面加工质量高。
(3) 检测技术
要实现滚珠丝杆副高性能,还必须从检测技术上依靠科技求创新。精确的检测手段及完善的试验设备是保证产品质量和研究产品性能的前提。长期以来,我国过于追求对检测滚珠丝杆副螺距精度的研究,而在滚珠丝杆副的性能研究上相对滞后,甚至在一些性能的项目如滚珠丝杆副噪声、温升、加速度、动态刚度等试验上还是一片空白,致使产品在性能上与国际先进水平存在较大的差距,这也是制约我国数控机床向更高档次发展的主要原因之一。
因此,面对新的市场要求,加紧对滚珠丝杆副的新产品开展性能试验研究就显得尤为重要。除此之外,原材料的选择是直接影响滚珠丝杆副的高刚性、高负载等性能的重要因素。对材料进行相关的试验,并通过试验成果来指导产品设计,选择原材料,以改善滚珠丝杆副的内在性能是至关重要的。
总的来说,我国滚珠丝杆副经过40多年的发展,目前已经具备了满足国内绝大部分的市场需要, 为国民经济和关键核心工业的发展配套取得了巨大成功和辉煌业绩。滚珠丝杆副的自身发展正在伴随数字化控制技术的广泛应用而不断走向高速度、高性能、复合化、环保型的新时代。
作为伺服进给驱动系统中的重要执行机构-滚珠丝杆副,其发展必然与具有高效快速、节省能源、零间隙高刚度传动、跟随灵敏、不污染环境且对周边环境的适应性强等特点的高速切削机床的发展同步,将始终占据直线运动应用领域的绝大部分市场。为适应高速切削加工的要求,高性能的滚珠丝杆副已成为滚珠丝杆副产品发展的趋势。
所谓高性能就是指在高速度的基础上,丝杆副具有高的精度稳定性,达到高刚性、高负载、自润滑、低噪声、小温升、长寿命等性能。要实现滚珠丝杆副的高性能,这需要在滚珠丝杆的设计、制造及试验检测技术上不断的创新。
(1)设计
首先在设计上,充分利用现代动态设计理论及先进的计算机分析软件,研究滚珠丝杆副在高速工作状态下的稳定性.研究内容主要有滚珠螺母循环结构及循环返向机构的优化设计、滚珠丝杆副的极限转速、钢球与钢球及滚道之间的滑移动丝杆温升和噪音的影响等。
(2) 制造工艺
在制造工艺上,冷、热加工过程中对几何精度控制及丝杆内部组织质量是影响滚珠丝杆副性能主要因素。随着数控系统、电机、光栅尺等其它数控功能部件的同步发展,滚珠丝杆副作为实现数控机床直线运动的主要功能部件,它的导程制造精度要求在一定程度上将会逐步弱化,而对影响滚珠丝杆副性能的几何尺寸精度及丝杆内部组织要求逐步提高。
影响滚珠丝杆副性能的主要制造因素有丝杆及螺母滚道几何形状的加工误差、丝杆中径尺寸的一致性误差、冷加工对滚道表面组织的影响等。如何更好的减少这些误差和影响7目前,高速硬旋铣螺纹这一新技术为此提供了全面解决方案,该加工技术无须切削液,属绿色环保制造范畴,其主要优势是生产效率高,加工应力小,表面加工质量高。
(3) 检测技术
要实现滚珠丝杆副高性能,还必须从检测技术上依靠科技求创新。精确的检测手段及完善的试验设备是保证产品质量和研究产品性能的前提。长期以来,我国过于追求对检测滚珠丝杆副螺距精度的研究,而在滚珠丝杆副的性能研究上相对滞后,甚至在一些性能的项目如滚珠丝杆副噪声、温升、加速度、动态刚度等试验上还是一片空白,致使产品在性能上与国际先进水平存在较大的差距,这也是制约我国数控机床向更高档次发展的主要原因之一。
因此,面对新的市场要求,加紧对滚珠丝杆副的新产品开展性能试验研究就显得尤为重要。除此之外,原材料的选择是直接影响滚珠丝杆副的高刚性、高负载等性能的重要因素。对材料进行相关的试验,并通过试验成果来指导产品设计,选择原材料,以改善滚珠丝杆副的内在性能是至关重要的。
总的来说,我国滚珠丝杆副经过40多年的发展,目前已经具备了满足国内绝大部分的市场需要, 为国民经济和关键核心工业的发展配套取得了巨大成功和辉煌业绩。滚珠丝杆副的自身发展正在伴随数字化控制技术的广泛应用而不断走向高速度、高性能、复合化、环保型的新时代。
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