【編者按】作為數(shù)控機床的核心功能部件——滾動功能部件崔深，在CIMT2013展會上呈現(xiàn)出產(chǎn)品向性能佳昧挚、功能全嚣僚、產(chǎn)品質(zhì)量可靠胀蹭，制造技術(shù)向高效哗搏、節(jié)能、低碳方向發(fā)展的態(tài)勢见丘。

　　在全球金融危機的大環(huán)境下酒危，我國機床工業(yè)邁入調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級的攻堅階段匀挪。2013年4月的北京败旋，在第十三屆中國國際機床展（CIMT2013）上呈現(xiàn)出一派活躍的氣氛，既折射出中國機床產(chǎn)業(yè)的市場潛力炎剿，也體現(xiàn)了“創(chuàng)新驅(qū)動可持續(xù)發(fā)展”的主旋律仁连。

　　行星滾柱絲杠副——線性螺紋傳動裝置的高端產(chǎn)品

　　行星滾柱絲杠副（Planetary Roller Screws）是具有高速、高載荷阱穗、抗沖擊功能的精密線性傳動裝置（以下簡稱“PRS”）饭冬。它以螺紋小滾柱（或環(huán)形槽滾柱）作為載體，當絲杠旋轉(zhuǎn)時揪阶，借助于行星滾柱的行星運動將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動和軸向推力昌抠。

　　PRS與滾珠絲杠副的最大差別是：滾動體結(jié)構(gòu)發(fā)生重大改變；沒有滾珠絲杠副中的循環(huán)返向機構(gòu)鲁僚，而是由滾動體行星運動代替循環(huán)返向運動炊苫，因此安全系數(shù)更高；行星滾柱的承載面積遠高于滾珠冰沙，所有滾動體在工作中都始終同時受載侨艾，不承受交變應力和離心力【氲恚基于上述差異蒋畜，PRS在產(chǎn)品性能和功能上具有以下特點：

　　1.承受外載的“三高”；按“Hertz”彈性接觸應力理論撞叽，由于同時受載的多個行星滾柱接觸面積大姻成，又具有大曲率的凸面元弧，使PRS具有高承載能力劣搪、高剛度能盈、高抗沖擊能力的“三高”特征。據(jù)生產(chǎn)PRS的國外知名企業(yè)介紹斟迁，其承載能力比滾珠絲杠提高3倍以上接寥，最大可超過10倍。最大動載荷Ca=200t邻因，最大靜載荷C0a=1000t季础。

　　2.高速特性：PRS沒有制約DN值的“返向機構(gòu)”，而行星滾柱又不承受離心力耽暖，所以DN值最高可達16萬谦选，Vmax=100m/min纹硼，加速度3g。

　　3.可實現(xiàn)精密微量進給投惶，具有較高的重復定位精度壶缚，其精度保持性較高。

　　4.疲勞壽命高荧关，對環(huán)境的適應能力強溉奕，在各種工況下（振動、沖擊忍啤、粉塵加勤、腐蝕及化學沉積、冰凍檀轨、無潤滑等）均能安全可靠地運行胸竞。

　　5.拆裝、維修方便参萄。一體化的行星螺母組件，易于從絲杠軸上分離而滾動體不會散落煎饼。

　　PRS的缺點是：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較復雜讹挎，螺母的尺寸比同規(guī)格的滾珠螺母大，制造技術(shù)難度較大吆玖。在批量生產(chǎn)之前筒溃，生產(chǎn)成本和售價也很高。筆者分析這也是包括我國沾乘、韓國条舀、日本等亞洲國家和地區(qū)很長時間沒有研制和生產(chǎn)PRS的重要原因。

　　據(jù)了解杰赴，在歐洲上世紀五十年代SKF公司首先研制成功PRS喇坊，并逐漸形成系列產(chǎn)品推向歐美市場。之后INA便金、LSI知掉、Transol、Rollvis断克、VCS.SPA以及BLIS等公司都先后向市場推出自己的PRS系列產(chǎn)品戈般。我國在上世紀九十年代后期，山東博特精工抑琳、南京優(yōu)勵聶夫候塞、陜西宏峰開始研制PRS，并曾向市場提供少量商品果嗜。近年來季键，北京機床研究所精密天工庇晤、南京工藝、漢江機床也先后在CCMT屹蚊、CIMT等展會上推出展品厕氨。

　　據(jù)筆者在歷次展會和企業(yè)調(diào)研中了解，我國上述企業(yè)多數(shù)仍處于研制階段汹粤。尚未完全突破技術(shù)瓶頸命斧。其制造技術(shù)、工藝裝備嘱兼、檢測手段尚不能滿足穩(wěn)定批量生產(chǎn)的要求国葬。而山東博特精工在CIMT2013上展出的小型PRS產(chǎn)品研制時間較長，投入的人力物力較大芹壕，其產(chǎn)品已開始推向市場汇四，曾在CCMT2012展會上被評為“春燕獎”。

　　基于上述特點踢涌，PRS在以下領(lǐng)域挑戰(zhàn)滾珠絲杠并成功推廣應用通孽，包括：重型機械和重型CNC機床、鋼鐵冶金裝備睁壁、軍用飛行器背苦、火箭發(fā)射器、衛(wèi)星雷達癌割、航母腋钞、核潛艇、核電站窟怪、重型軍事裝備肺倾、電動注塑機等。例如嫡笔，注塑機“以電代油”面臨的最大問題是采用滾珠絲杠因制造工藝圈咬、產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)導致使用壽命較短，成本較高肝芯。據(jù)介紹姚藤，在歐洲，1000t大型電動注塑機采用PRS后效果明顯提升智贰。

　　隨著我國大型偷欲、重載數(shù)控機床和大型裝備的發(fā)展，隨著國防現(xiàn)代化向縱深和高端推進涣母，制造業(yè)對PRS的需求將呈上升的趨勢附垒。而PRS屬于高技術(shù)含量、高難度的滾動功能部件產(chǎn)品，建議盡快列入重大專項测垛，產(chǎn)學研用結(jié)合捏膨，從基礎(chǔ)理論、傳動嚙合原理入手食侮，解決產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計和制造技術(shù)中的關(guān)鍵問題号涯，盡快把PRS從試制階段推向商品化、產(chǎn)業(yè)化锯七。

　　綠色高效制造技術(shù)和裝備在規(guī)牧纯欤化生產(chǎn)中選擇重要作用

　　SKF和Rexroth、Thomson等公司采用精密冷軋成形技術(shù)生產(chǎn)的精密冷軋眉尸、滾珠絲杠副域蜗，精度能穩(wěn)定達P5~P7，部分達到P3級噪猾。據(jù)介紹霉祸，在歐洲市場，中低端數(shù)控機床袱蜡、雕刻機和木工數(shù)控機床普遍采用P3~P7級精密冷軋滾珠絲杠丝蹭，又因其導程誤差易于補償，閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的中檔機床也常采用這種滾珠絲杠层掺。螺紋的精密滾軋成形技術(shù)是高效坠汹、低耗和宜人化清潔生產(chǎn)的典范，其產(chǎn)品的機械強度高渴门，中徑尺寸的一致性好，滾道表面質(zhì)量很高宪隅，生產(chǎn)效率非常高唆蕾、能耗小，采用這種工藝和裝備赫丈，可使寶貴的生產(chǎn)廠房和人力從傳統(tǒng)的螺紋磨削技術(shù)中解放出來衡辨，在歐洲受到制造廠家的青睞，其產(chǎn)品因性價比高官溜，供貨周期短而得到中低端用戶的普遍歡迎怎开。

　　在CIMT2013上，SKF牵字、THK铲蒸、LSI、PCA岸夯、RSK滾石麻献、浙江DLY等公司展出了冷軋滾珠絲杠產(chǎn)品。其中DLY公司在國內(nèi)首先推出的φ80mm×10m大型冷軋滾珠絲杠，屬國內(nèi)首創(chuàng)勉吻，備受關(guān)注监婶，已經(jīng)成功在大型CNC龍門銑、水電站齿桃、大型電纜裝備等主機中應用惑惶。專業(yè)生產(chǎn)精密滾軋機的PROFIROLL公司和Kinefac公司也在CIMT2013參展。據(jù)介紹短纵，PROFIROLL公司新推出的“銳意創(chuàng)新”系列新產(chǎn)品带污，采用高負荷精密滾珠絲杠副取代油缸，可完成雙軋輥的同步向心精密進給踩娘。

　　螺紋硬旋風銑削（Thread Hard Whirling）技術(shù)刮刑，自上世紀中葉出現(xiàn)以來，這種高效率养渴、高能效张重、低耗和低排放的綠色制造技術(shù)就給全球?qū)I(yè)生產(chǎn)大型、超長伍茎、重載滾珠絲杠的企業(yè)帶來一場工藝革命斥稍。據(jù)了解，全球約有近30家制造滾珠絲杠的專業(yè)廠在生產(chǎn)線上裝備了不同規(guī)格（長度最大10m）的CNC精密硬旋銑機床已清。在CIMT2013展會上态晤，德國BLIS公司、美國LSI公司卷霜、西班牙Kortagroup以及我國的南京工藝喧盲、山東博特精工、大連高金遗渊、漢江機床等都展示了用THW技術(shù)加工出的大型鄙幸、重載滾珠絲杠。德國BLIS公司擁有Leistrtz生產(chǎn)的CNC硬旋銑機床4臺什异，自稱與Leistrtz公司緊密合作邦墅，掌握了硬旋銑的核心技術(shù)，擁有超過200000h的硬旋銑生產(chǎn)經(jīng)驗毙驯，使該企業(yè)面貌發(fā)生了巨大變化倒堕。目前國外CNC硬旋銑最大加工長度為20m，最大加工直徑φ200爆价，穩(wěn)定P5級垦巴，最高精度P3級。

　　這次參展的南京彩云機械電子公司是國內(nèi)專業(yè)從事旋銑技術(shù)和裝備研究制造的高新企業(yè)允坚。該公司研制和批量生產(chǎn)的CNC蝸桿旋風銑床系列產(chǎn)品被列為江蘇首臺重大裝備和南京市名牌產(chǎn)品魂那。據(jù)介紹該公司針對我國滾珠絲杠生產(chǎn)企業(yè)的需求蛾号，正在加緊試制3m滾珠絲杠硬旋銑機床。廣州敏嘉制造技術(shù)公司近十多年為國內(nèi)外生產(chǎn)滾動功能部件的企業(yè)提供了大批高效涯雅、多功能的CNC專用機床鲜结，最近又研制成功CGK300型滾珠螺母超精密硬車削CNC機床，這是全新概念的綠色干式硬切削機床活逆，不但生產(chǎn)效率高精刷，還解決了傳統(tǒng)磨削工藝易產(chǎn)生齒形干涉的難題。據(jù)展會上介紹蔗候，以上兩種高效綠色機床在完成廠內(nèi)工藝試驗后怒允，將推向市場。國產(chǎn)高效綠色裝備將推動我國滾動功能部件的產(chǎn)業(yè)化進程矫撤。

　　“返向裝置”是滾動功能部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的核心組件思袋。它的結(jié)構(gòu)、參數(shù)赃勺、制造工藝以及加工質(zhì)量都對完成周而復始的“返向功能”及產(chǎn)品的流暢性估骡、摩擦特性、速度特性和噪音產(chǎn)生重要影響筝妥。在高速暮霍、重載工況下，更是產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)屋问。從CIMT2013展會上可以看出串篓，在我國的滾動功能部件制造企業(yè)中，無論是大型骨干（國有）企業(yè)籍囱，還是中小民營企業(yè)绩寂，其產(chǎn)品中的“返向裝置”全都以粉末注射成形技術(shù)（PIM）取代傳統(tǒng)的機械加工。其中低檔產(chǎn)品均采用工程塑料烤脾，高檔產(chǎn)品多采用金屬粉末注射成形技術(shù)（MIM）策冕。我國滾動功能部件產(chǎn)業(yè)廣泛采用高效一次成形的近凈成形技術(shù)推動了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，反映了在綠色制造方面的技術(shù)進步效床。

　　基于數(shù)控機床對精度、高速权谁、重載的需求剩檀，誕生了一批高性能滾動功能部件新產(chǎn)品

　　1.低慣量的“滾珠螺母主傳動”滾珠絲杠副是長行程數(shù)控機床的最佳選擇

　　在長行程的大型、重載數(shù)控機床或高速數(shù)控機床中均力求回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量的最小化旺芽。近年沪猴，不少知名企業(yè)相繼推出滾珠螺母旋轉(zhuǎn)主傳動的伺服驅(qū)動方案并迅速得到推廣應用。在CIMT2013展會（包括前兩屆）上采章，Rexroth运嗜、LSI、BLIS、Korta担租、IPIRANGA砸民、NSK、THK奋救、HIWIN岭参、南京工藝、山東博特赶马、漢江機床麸奇、江蘇瑞安特、南京優(yōu)勵聶夫等公司都展出了這類新產(chǎn)品既屋。

　　滾珠絲杠傳動裝置由絲杠主傳動發(fā)展為滾珠螺母主傳動（或絲杠票援、螺母可同時傳動）。這是螺紋線性傳動方式的重大突破闰幽。最初采用同步帶或齒輪驅(qū)動螺母旋轉(zhuǎn)膊争。近年出現(xiàn)機電一體化的直驅(qū)第二代產(chǎn)品——空心伺服電機直驅(qū)旋轉(zhuǎn)滾珠螺母組合單元。推出第二代產(chǎn)品的企業(yè)包括：Rexroth站么、INA芭患、THK、南京工藝等惨译。

　　2.內(nèi)冷型滾珠螺母

　　在用滾珠絲杠驅(qū)動的伺服進給系統(tǒng)中铡协，抑制熱變形多采用對空心滾珠絲杠實施強制循環(huán)冷卻以及預拉伸等措施。實際上一黄，在滾動過程中滾珠絲杠的螺紋部分是屬于隨滾珠螺母軸向位移變化的移動熱源芋滔，而滾珠螺母內(nèi)部在運轉(zhuǎn)的全過程自始至終都處于產(chǎn)生摩擦熱的封閉狀態(tài)，是散熱條件差的連續(xù)熱源矛渴，應該是抑制熱變形的重要環(huán)節(jié)椎扬。基于這種分析判斷具温，近年來不少知名企業(yè)研發(fā)出滾珠螺母內(nèi)部循環(huán)致冷的新結(jié)構(gòu)蚕涤，它能更有效地抑制高速運動時的溫升。其制冷效果更佳铣猩。在近兩年的國際機床展會上揖铜，NSK、HIWIN达皿、南京工藝都推出了這類新產(chǎn)品天吓。南京工藝在CIMT2013展會上展出的用于高速數(shù)控機床的DKFB系列滾珠螺母內(nèi)冷型精密高速滾珠絲杠副，這是該公司承擔數(shù)控機床國家重大專項的成果之一峦椰。該新產(chǎn)品對循環(huán)滾珠鏈和返向機構(gòu)進行了流暢性的優(yōu)化設(shè)計龄寞，采用變位預緊汰规，提高剛度，DN值可達15萬以上物邑，精度可達P1級/3m鲁其。

　　3.集“導向”與“檢測”功能于一體的高精度智能滾動直線導軌副

　　在CIMT2013展會上，廣東凱特精機公司與南京工藝都展示了帶磁柵測量系統(tǒng)的滾動直線導軌副淋塌，標志著我國滾動直線導軌副向智能化方向邁出了一大步叫逸。眾所周知，廣東凱特精機從1995年成立之初就與華中理工大學保持著十分緊密的校企合作關(guān)系乾乘，是行業(yè)中產(chǎn)學研結(jié)合的典范俄耸，由于基礎(chǔ)理論和性能試驗很扎實，其產(chǎn)品質(zhì)量始終處于上游水平牺独，被中國機床工具工業(yè)協(xié)會授予了2012年度行業(yè)“產(chǎn)品質(zhì)量十佳”先進單位惊钮。

　　廣東凱特精機兩年前推出的帶磁柵測量系統(tǒng)的高精度智能滾動直線導軌副，具有一體化的緊湊結(jié)構(gòu)谬堕，同時兼有滾動直線導軌副的高剛性和磁性傳感器的高精度计员，系統(tǒng)精度最高達±10μm，重復精度最大±1μm沈论。內(nèi)藏式磁尺及磁性傳感器抗振假仙，抗沖擊。采用不銹鋼蓋板防護簿煌，在防塵和耐油脂方面氮唯，具有可靠的密封性能。采用非接觸式測量系統(tǒng)姨伟，有利于延長工作壽命惩琉。這帶種測量系統(tǒng)的滾動直線導軌副，更適用于長行程的導向和測量夺荒，其測量系統(tǒng)可直接與主機系統(tǒng)聯(lián)接瞒渠，使用維護方便。

　　在數(shù)控機床中技扼，滾動功能部件屬于資本密集型伍玖、技術(shù)密集型和管理密集型的核心功能部件。當我們不斷跟蹤和研究國內(nèi)外這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡時剿吻，可以發(fā)現(xiàn)：為適應主機對高精度私沮、高速、重載以及智能化的需求和橙，在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式上，已經(jīng)發(fā)生了重大變革造垛；在規(guī)哪д校化專業(yè)生產(chǎn)中低腕，制造技術(shù)正在向高效、節(jié)能和低碳綠色方向發(fā)展蓄稠；產(chǎn)品性能和功能不再盲目追求高指標和大而全颖怕，但求適用與最佳化；產(chǎn)品質(zhì)量對精度穩(wěn)定性译拿、產(chǎn)品壽命與可靠性提出了更高的要求剔撮；產(chǎn)品的市場正在面向大機械產(chǎn)業(yè)開拓，以市場多元化求生存謀發(fā)展薛对；功能部件的發(fā)展速度應與主機協(xié)調(diào)同步發(fā)展母边。

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