NSK 作為滾珠絲杠衅码,直線導(dǎo)軌匈惑,精密軸承等驅(qū)動功能部件廠家的領(lǐng)頭羊度攘,一直在挑戰(zhàn)機(jī)床的高速極限浪熙。我們采取多項最新技術(shù)桃镐,在實(shí)現(xiàn)超高速的同時,還實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的超高剛度及超高精度锨蹄。
1. 加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度大導(dǎo)程
要實(shí)現(xiàn)超高速驅(qū)動杈鸵,必須考慮導(dǎo)程和轉(zhuǎn)速的平衡。NSK 采用對電機(jī)要求較低的轉(zhuǎn)速3000min-1 和大導(dǎo)程80mm(軸徑φ50mm)的滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)了240m/min.
滾珠絲杠因為有導(dǎo)程角度存在努墩,加工時砂輪傾斜角大吠冒,螺母長時溝槽加工困難,NSK 近幾年不斷創(chuàng)新加工技術(shù)引晌,大導(dǎo)程的螺母加工長度有很大提高焙恬,從而實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷容量《目ィ
雖然采用了大導(dǎo)程琢窗,因近年來伺服電機(jī)的編碼器分辨率大大提高,可選用相對高分辨率的編碼器解決最小驅(qū)動長度晒杈。舉例:導(dǎo)程80mm墅诡,選用100 萬分割 / rev 分辨率的編碼器,驅(qū)動長度最小可設(shè)定至0.08μm桐智。
2. 絲杠高速旋轉(zhuǎn)技術(shù)
絲杠自身形成有鋼球無限循環(huán)的路徑末早,鋼球公轉(zhuǎn)速度增加,鋼球在循環(huán)路徑內(nèi)重復(fù)沖擊力也增加说庭。對路徑內(nèi)各個部件形成損傷然磷。絲桿旋轉(zhuǎn)速度極限是絲桿軸徑d [mm] 和轉(zhuǎn)速n[min-1] 的乘積d·n 值來決定。
3. 高加減速
要實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高效率刊驴,驅(qū)動還必須是高加減速姿搜。為了保證高加減速時所需的大扭矩,在驅(qū)動滾珠絲杠兩端配置馬達(dá)采用雙驅(qū)動模式捆憎。另外還要考慮到驅(qū)動系統(tǒng)各個部位的輕量化和減少旋轉(zhuǎn)部位的轉(zhuǎn)動慣量也很重要舅柜。通過這些方案可以實(shí)現(xiàn)最高快移速度240m/min,加速度5G 的驅(qū)動系統(tǒng)≈路荩可比市場主流高速機(jī)種(60m/min 1.5G)的效率提高3 倍晶襟。
4. 絲杠的長壽命技術(shù)
輸送速度,加減速增大挣仅,必將伴隨著軸向載荷增加笼肴。為保證高負(fù)荷容量和高剛度,必須增加負(fù)載鋼球數(shù)胀司。一般說來大導(dǎo)程會降低單位長度的有效圈數(shù)從而在鋼球數(shù)上處于不利位置峦爪。圖為4 頭絲桿的透視圖。螺母內(nèi)大約有600 個鋼球坚达,實(shí)現(xiàn)長壽命和高剛度辅蜡。
5. 驅(qū)動系統(tǒng)精度提高(對絲杠進(jìn)行強(qiáng)行冷卻)
因為絲杠高速旋轉(zhuǎn),滾動摩擦引起的溫升增大鹦卫,絲杠軸溫升會大大降低定位精度迅撑。要抑制絲杠溫升有,① 抑制發(fā)熱加梁,② 增加散熱(強(qiáng)行冷卻)等方法顶质。
① 抑制發(fā)熱的方法(減少摩擦力矩及轉(zhuǎn)數(shù))
通常預(yù)緊力為最大載荷的1/3 左右融蹂,增加預(yù)緊力可以增加螺母剛度旺订,但預(yù)緊力過大會使壽命變短,系統(tǒng)發(fā)熱量太大超燃。所以最大載荷和要求剛度必須明確区拳,這樣才能保證選用最佳預(yù)緊量。另外意乓,要求最快速度定下來后樱调,轉(zhuǎn)速是跟導(dǎo)程成反比。增大導(dǎo)程在減少支撐軸承發(fā)熱方面也是非常有效的届良。還有笆凌,潤滑方式也很重要,潤滑劑的粘度及攪拌抗力形成的摩擦也是發(fā)熱源士葫,選用時也要注意乞而。
② 增加散熱的方法
絲杠散熱一般由絲杠表面向周圍環(huán)境(空氣)慢显,向絲杠軸兩端爪模,向螺母座的3 種方式。如果加上強(qiáng)行冷卻荚藻,散熱效果會數(shù)十倍增加叮褐,是最有效的抑制溫升的手段称桶。
6. 驅(qū)動系統(tǒng)的高剛度技術(shù)(滾珠絲杠的支撐構(gòu)造)
滾珠絲杠驅(qū)動系統(tǒng)的剛度關(guān)系到固有頻率會影響到伺服系統(tǒng)的性能。產(chǎn)生的空轉(zhuǎn)等也會直接影響到加工品質(zhì)炕常。絲杠驅(qū)動系統(tǒng)的軸向剛度由螺母剛度(鋼球跟溝槽間的彈性變量)· 絲杠軸· 支撐軸承等決定枚甫。一般說來軸的剛度是最弱的,而軸的支撐方式不同剛度變化也很大挥棒〔峙В
采用固定- 固定的支撐方式可讓剛度最大化,對實(shí)現(xiàn)高精度最為有利。但是不能吸收因溫升引起的軸向伸長量俯渤。那時候也雖然可采用兩端的軸承對絲杠軸預(yù)拉伸挽懦,這種固定- 半固定的安裝方法在預(yù)拉伸力的有效范圍內(nèi)是可以達(dá)到跟固定- 固定的支撐方式一樣的剛度,但溫度上升或載荷過大蛆封,預(yù)拉升力失去效用時就會造成剛度和精度低下。所以要實(shí)現(xiàn)高剛度的驅(qū)動系統(tǒng)還是必須用前述方法有效地減少絲杠溫升。
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