數(shù)控機(jī)床的核心部件滾珠絲杠
數(shù)控機(jī)床的核心部件滾珠絲杠
滾珠絲杠是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)核心部件之一，采用它是提高進(jìn)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(xiàng)性能直接影響數(shù)控機(jī)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(duì)機(jī)床定位精度的影響比較明顯。根據(jù)滾珠絲杠的及驅(qū)動(dòng)點(diǎn)擊進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)滾珠絲杠的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了校核，同時(shí)利用有限元法對(duì)滾珠絲杠的實(shí)體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化研究，通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析及其尺寸參數(shù)的靈敏度進(jìn)行分析，建立一個(gè)簡(jiǎn)化合理且相近的實(shí)際模型。滾珠絲杠的受力、熱特性等進(jìn)行分析，計(jì)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(jì)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(shí)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(bǔ)償滾珠絲杠的變形提高機(jī)床定位精度。
數(shù)控技術(shù)是機(jī)械加工技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、監(jiān)控監(jiān)測(cè)技術(shù)等多學(xué)科緊密結(jié)合的技術(shù)。數(shù)控機(jī)床可以保證產(chǎn)品達(dá)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，可以節(jié)省大量專(zhuān)用工藝設(shè)備，特別是在適應(yīng)機(jī)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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是數(shù)控發(fā)展的趨勢(shì)。
滾珠絲杠作為新型螺旋傳動(dòng)元件得到廣泛的應(yīng)用，它具有長(zhǎng)壽命、高剛性、高效率、高靈敏度、無(wú)間隙的特點(diǎn)。滾珠絲杠的傳動(dòng)效率可以達(dá)到85%-98%，是普通滑動(dòng)絲桿過(guò)得二到四倍，滾珠絲杠的動(dòng)靜摩擦系數(shù)相差不大，采用它是提高進(jìn)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(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，滾珠絲杠是其核心部件，他的精度和各項(xiàng)性能直接影響數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，進(jìn)而影響數(shù)控機(jī)床的加工精度。
滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性受機(jī)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(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)CMC指令的反應(yīng)時(shí)間。此外，這些元件還容易磨損，必須對(duì)其進(jìn)行定期維護(hù)，這將進(jìn)一步降低它們的精度和工作可靠性。另外，當(dāng)工作臺(tái)行程較長(zhǎng)時(shí)，細(xì)長(zhǎng)的絲杠剛性較差，進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能會(huì)大大降低。而且傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠的進(jìn)給傳動(dòng)方案，因?yàn)楣ぷ髋_(tái)的慣性以及受螺母絲杠本身結(jié)構(gòu)的限制，其進(jìn)給單元的進(jìn)給速度一般小于20-30m/min，加速度很難突破。但在我國(guó)，主要的進(jìn)給系統(tǒng)仍然是傳統(tǒng)的滾珠絲桿進(jìn)給系統(tǒng)占主導(dǎo)地位，所以針對(duì)我國(guó)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r看來(lái)，對(duì)滾珠絲桿進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和傳動(dòng)精度的研究，仍是擺在我們面前的一個(gè)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(jī)+滾珠絲杠”傳動(dòng)方式的弊端不斷表現(xiàn)出來(lái)。電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器、滾珠絲杠、螺母等一系列中間傳動(dòng)和變換環(huán)節(jié)，才能變?yōu)楣ぷ鞯弥本€運(yùn)動(dòng)。由于中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)存在，使得整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度降低，啟動(dòng)和制動(dòng)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(duì)滾珠絲杠的精度及其各項(xiàng)性能指標(biāo)提出越來(lái)越高的要求。所以需研究滾珠絲杠的進(jìn)給系統(tǒng)，特別是滾珠絲杠工作過(guò)程中變形規(guī)律，提高定位精度，使我國(guó)機(jī)床達(dá)到成本低精度高，對(duì)我國(guó)機(jī)床行業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展有很大意義。
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