滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)以滾珠作為滾動(dòng)媒介的滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的體系。 以傳動(dòng)形式分為兩種:
(1)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 (2)將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
? 傳動(dòng)效率高
滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率高達(dá)90%~98%,為傳統(tǒng)的滑動(dòng)絲杠系統(tǒng)的2~4倍,如圖1.1.1所示,所以能以較小的扭矩得到較大的推力,亦可由直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)可逆)。
? 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)
滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)為點(diǎn)接觸滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),工作中摩擦阻力小、靈敏度高、啟動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)、低速時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象,因此可精密地控制微量進(jìn)給。
? 高精度
滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中溫升較小,并可預(yù)緊xc軸向間隙和對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長(zhǎng),因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。
? 高耐用性
鋼球滾動(dòng)接觸處均經(jīng)硬化(HRC58~63)處理,并經(jīng)精密磨削,循環(huán)體系過(guò)程純屬滾動(dòng),相對(duì)對(duì)磨損甚微,故具有較高的使用壽命和精度保持性。
? 同步性好
由于運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無(wú)阻滯、無(wú)滑移,用幾套相同的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝置,可以獲得很好的同步效果。
? 高可靠性
與其它傳動(dòng)機(jī)械,液壓傳動(dòng)相比,滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)故障率很低,維修保養(yǎng)也較簡(jiǎn)單,只需進(jìn)行一般的潤(rùn)滑和防塵。在特殊場(chǎng)合可在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下工作。
? 無(wú)背隙與高剛性
滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)采用歌德式(Gothic arch)溝槽形狀(見(jiàn)圖2.1.2—2.1.3)、使鋼珠與溝槽達(dá)到{zj0}接觸以便輕易運(yùn)轉(zhuǎn)。若加入適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力,xc軸向間隙,可使?jié)L珠有更佳的剛性,減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形,達(dá)到更高的精度。現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn),一批又一批的高速數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。它不僅要求有性能{zy1}的高速主軸,而且也對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)提出了很高的要求:(1){zd0}進(jìn)給速度應(yīng)達(dá)到
40m/min或更高;(2)加速度要高,達(dá)到1g以上;(3)動(dòng)態(tài)性能要好,達(dá)到較高的定位精度。
高速滾珠絲杠副是指能適應(yīng)高速化要求(40 m/min以上)、滿(mǎn)足承載要求且能精密定位的滾珠絲杠副,是實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床高速化{sx}的傳動(dòng)與定位部件。
1 高速滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
滾珠絲杠副的驅(qū)動(dòng)速度V=Ph×N(Ph
為導(dǎo)程,N為絲杠轉(zhuǎn)速),因此提高
驅(qū)動(dòng)速度的途徑有兩條:其一是提高絲杠的轉(zhuǎn)速,其二是采用大導(dǎo)程。提高轉(zhuǎn)速N受do·N值的制約(do為滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑)。國(guó)際上一般do·N≤70000。據(jù)日本NSK公司介紹:該公司已將do·N值提高到153000。N增大時(shí),do必須減小,且過(guò)分提高轉(zhuǎn)速會(huì)引起絲杠發(fā)熱、共振等問(wèn)題;d0太小也會(huì)造成系統(tǒng)剛性差、易變形、影響加工精度,且目前伺服電動(dòng)機(jī)的{zg}轉(zhuǎn)速僅到4000 r/min。導(dǎo)程Ph過(guò)大時(shí),不僅增加了滾珠絲杠副的制造難度,精度難以提高,降低了絲杠副承載,而且也增加了伺服電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩。因此,設(shè)計(jì)高速滾珠絲杠副時(shí)要合理選擇絲杠副的轉(zhuǎn)速N、公稱(chēng)直徑do與導(dǎo)程Ph。
數(shù)控機(jī)床常用的滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)為:外循環(huán)插管式、內(nèi)循環(huán)反向器式。由于高速滾珠絲杠副的導(dǎo)程較大,如用內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu),反向器尺寸較長(zhǎng),承載的鋼球數(shù)減少,且鋼球高速時(shí)流暢性差,是不適合的;而外循環(huán)插管式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,承載能力大,不受導(dǎo)程的限制。因此,被選作高速滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)。
外循環(huán)滾珠絲杠副預(yù)緊方式主要有三種:增大鋼球直徑、變位導(dǎo)程和墊片。