數(shù)控機床的核心部件滾珠絲杠
數(shù)控機床的核心部件滾珠絲杠
滾珠絲杠是數(shù)控機床進給系統(tǒng)核心部件之一，采用它是提高進給系統(tǒng)的靈敏性、定位精度和防止爬行的有效措施。滾珠絲杠的精度和各項性能直接影響數(shù)控機床的定位精度和重復(fù)定位精度，滾珠絲杠的導(dǎo)程誤差對機床定位精度的影響比較明顯。根據(jù)滾珠絲杠的及驅(qū)動點擊進行計算，并對滾珠絲杠的各項指標進行了校核，同時利用有限元法對滾珠絲杠的實體模型進行簡化研究，通過對計算結(jié)果的對比分析及其尺寸參數(shù)的靈敏度進行分析，建立一個簡化合理且相近的實際模型。滾珠絲杠的受力、熱特性等進行分析，計算滾珠絲杠預(yù)拉伸安裝的合理預(yù)拉伸量。利用有限元計算滾珠絲杠，在工作工程中不發(fā)生反向間隙的臨界軸向載荷和臨界加速度以及不同慣性下的變形，同時讓滾珠絲杠兩端固定在有28um預(yù)拉伸安裝條件下的變形情況，為補償滾珠絲杠的變形提高機床定位精度。
數(shù)控技術(shù)是機械加工技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、監(jiān)控監(jiān)測技術(shù)等多學(xué)科緊密結(jié)合的技術(shù)。數(shù)控機床可以保證產(chǎn)品達到極高的加工精度和穩(wěn)定的加工質(zhì)量，操作工程易于實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)準備周期短，可以節(jié)省大量專用工藝設(shè)備，特別是在適應(yīng)機械產(chǎn)品更新迭代、小批量、多品種生產(chǎn)方面。而加工中心、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)以及計算機集成制造系統(tǒng)是數(shù)控發(fā)展的趨勢。
滾珠絲杠作為新型螺旋傳動元件得到廣泛的應(yīng)用，它具有長壽命、高剛性、高效率、高靈敏度、無間隙的特點。滾珠絲杠的傳動效率可以達到85%-98%，是普通滑動絲桿過得二到四倍，滾珠絲杠的動靜摩擦系數(shù)相差不大，采用它是提高進給靈敏性、定位精度和防止爬行的有效措施。目前的數(shù)控機床的進給系統(tǒng)，滾珠絲杠是其核心部件，他的精度和各項性能直接影響數(shù)控機床的定位精度和重復(fù)定位精度，進而影響數(shù)控機床的加工精度。
滾珠絲杠進給系統(tǒng)的動態(tài)特性受機械間隙、絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度、螺距周期誤差、摩擦以及慣性的影響。它們的存在，增加了工作臺運動對CMC指令的反應(yīng)時間。此外，這些元件還容易磨損，必須對其進行定期維護，這將進一步降低它們的精度和工作可靠性。另外，當工作臺行程較長時，細長的絲杠剛性較差，進給系統(tǒng)的動態(tài)性能會大大降低。而且傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機帶動滾珠絲杠的進給傳動方案，因為工作臺的慣性以及受螺母絲杠本身結(jié)構(gòu)的限制，其進給單元的進給速度一般小于20-30m/min，加速度很難突破。但在我國，主要的進給系統(tǒng)仍然是傳統(tǒng)的滾珠絲桿進給系統(tǒng)占主導(dǎo)地位，所以針對我國機床行業(yè)的發(fā)展狀況看來，對滾珠絲桿進給系統(tǒng)的定位精度和傳動精度的研究，仍是擺在我們面前的一個首要任務(wù)，仍然具有重大意義。
隨著高速加工技術(shù)的不斷發(fā)展，這種“旋轉(zhuǎn)伺服電機+滾珠絲杠”傳動方式的弊端不斷表現(xiàn)出來。電機輸出的旋轉(zhuǎn)運動需經(jīng)過聯(lián)軸器、滾珠絲杠、螺母等一系列中間傳動和變換環(huán)節(jié)，才能變?yōu)楣ぷ鞯弥本€運動。由于中間傳動環(huán)節(jié)存在，使得整個傳動系統(tǒng)的剛度降低，啟動和制動初期的能耗都用在克服中間環(huán)節(jié)的彈性變形上。數(shù)控加床、加工中心、CIMS等高科技技術(shù)的迅猛發(fā)展，對滾珠絲杠的精度及其各項性能指標提出越來越高的要求。所以需研究滾珠絲杠的進給系統(tǒng)，特別是滾珠絲杠工作過程中變形規(guī)律，提高定位精度，使我國機床達到成本低精度高，對我國機床行業(yè)乃至整個制造業(yè)的發(fā)展有很大意義。
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