新型快速进给系统

传统进给系统因刚度低、惯量大、传动效率低、传动误差大、机械传动锚结构复杂，难以获得高的进给速度和加速度，无法满足高速机床的加工要求。针对传统进结系统存在的问题，世界上许多国家的研究单位和生产厂家对高速机床的新型进绪系统进行了系统的研究，开发出若干种适用于高速机床的新型进给系统。目前，在高速切削机床上实现高速进给运动主要有两种途径，即采用滚珠丝扛传动和直线电机传动。滚珠丝征与直线电机驱动的性能比

较见表8—3。

(1]高速滚珠丝杠副传动系统

由于直线电机存在价格昂贵、控制系统复杂、强磁对人体造成危害以及发热等缺点，在近期尚难以普及，所以，滚珠丝杠副仍是高速驱动的优先选择。目前，国外大部分高速加工中心仍使用滚珠丝杠副。日本马扎克公司在FF660机床上使用滚珠丝扛副，机床快速移动速度达到90m／mjn，加速度达到1．5f。

高速驱动时的滚珠丝杠副存在噪声、温升、精度等问题，噪声产生的原因主要有滚珠在循环回路中的流畅性、滚珠之间的碰撞、该道的粗糙度、丝杠的弯曲等。温升原因主要是由滚珠与丝杠、螺母、反向器之间的摩擦及滚珠之间的摩擦引起的。解决方法可从滚珠丝杠副的结构设计以及通过合理的工艺等方法使滚珠丝扛副适应高速驱动的要求，

具体措施如下。

①丝杠采用中空结构，并进行预拉伸处理，以改善滚珠与滚道的接触等提高丝杠副的刚度。

②在保证足够刚度的前提下，增大丝杠螺母的导程和螺纹头数，是提高滚珠丝杠螺母别的豆朗运动速度的有效途径，日本NSK公司已开发出公称直径×导程为15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm、25mm×80mm的超大导程滚珠丝杠副，快速进给速度可达到180m／min。

②强制冷却。将冷却液通人空心丝杠内部进行强制循环冷却，减少高速滚珠丝杠副的发热，保证滚珠丝杠副系统的桔度。

④对螺母结构进行特殊设计．如适当减少滚珠直径、钢珠采用空心结构、将滚珠链中的钢珠按大小间隔排列等。

⑤采用陶瓷材料(如幼Nd)制造滚珠，利用其优异的机械物理性朗，扛副传动系统的温升和噪声。

⑧对螺母预加载荷进行自适应控制。

⑦采用螺母旋转、丝扛不动的运动形式，可消除丝杠临界转速的限制在高速转动时所产生的一系列问题。

⑧采用双伺服电机分别驱动丝杠和螺母。当两个电机转速相同、转向；加丝杠转速时，可提高被驱动部件的进给速度一倍。

[2)直线电机进给驱动系统

直线电机的结构和特点在第5章5l 2．4节已进行了讲述，下面主要介绍它的分类。

直线电机直接产生直线形式的机械运动(一维或二维)。直线电机按原理分为直流直线电机、交流水磁同步直线电机、交流感应异步宣线电机、步进式直线电机、磁阻式直线电

机、压电式直线电机和平面电机等，其中，以直流直线电机、交流水磁(同步)直线电机、交流感应(异步)直线电机组成的高速进给系统在高速机床中应用较多。目前，实用的平面电机只限于平面步进电机。

①直线直流电机 永磁式直线直流电机是常用的直线直流电机，该电机分为动因式和动滋式两种。磁场固定，电抠线圈可移动，其结构形式和工作原理与扬声器相似，因此又称为音图电机。动磁式电机为电抠线圈固定，磁场运动，适用于大行程的场合。直线直流电机目前用于计算机外围设备、自动化仪器仪表、精密直流位移的机床、机器人以及制冷设

备中。

⑨直线异步电机 直线异步电机的工作原理与旋转式异步电机的工作原理一样，即定子合成旋转磁场(或合成移动磁场)与转子(或动子)的电流作用产生电磁转矩(或电磁力)，使电机旋转(或直线运动)。

直线异步电机的结构包括定子、动子和直线运动支撑导轮等三大部分。定子由定子铁芯和定子绕组组成。它与交流电源相连产生移动磁场。动于有三种形式：种是磁性动于，由导磁材料制成，既起磁路作用，又作为笼形动子起导电作用；第二种是非磁性动子，只起

导电作用，这种结构气隙较大，励磁电流大，损耗大；第三种是在动子导磁材料上面覆盖一层导电材料，覆盖层作为笼形绕组。这三种形式中，磁性动子结构，动子既为导磁体又作为导电体，甚至可作为结构部件，应用较广。

直线异步电机分为扁平型和管型结构，常用的为扁平型结构。该种类型又可分为单边和双边两种形式d为了保证在运动行程范围内，定子和动子之间有良好的电磁福台，直线异步电机定子和动于的铁芯长度不等，扁平型直线异步电机的定子制成长定子和短定子两种形

式。长定子因成本高，很少采用。管型直线异步电机的定子和动子的管筒可做成圆筒和矩形简两种结构。

直线异步电机的机械特性与旋转异步电机的机械特性一样，随动子的导电电阻和气隙而变。其他特性也与旋转异步电机相似。由于直线异步电机的特殊定子、动子结构，使电机定子励磁电流分量较大，再加上气隙磁通密度很低，导致直线异步电机的特性差t损耗大、效率低。

③直线同步电机 直线同步电机的工作原理与旋转单极式同步电机一样，即定子合成移动磁场与动子行波磁场相互作用产生同步转矩(或力)，带动负载做直线运动。直线同步电机分为励磁式和永磁式两种。由于直线同步电机的气隙磁通密度可以取得很大，因此其比接力、功率因数和效率都比直线异步电机好。直线异步电机应用的场合都可以用直线同步电机取代，且效果要好。

④直线步进电机 直线步进电机是由旋转步进电机演变而来，它通常制成感应子式和磁阻式两种形式，感应子式直线步进电机性能好，尺寸小，得到广泛应用。直线步进电机是利用定子和动子之间气隙磁导的变化所产生的电磁力而工作的。

直线步进电机的静动态特性与参数和旋转步进电机的情况一样，两者的机械参数有类似的等效关系。如直线步进电机的推力、直线步距和动于质量对应旋转步进电机的转矩、步距角和转子转动惯量。其他特性和参数也都类似，只是旋转步进电机有桔密的支承轴承，而直线步进电机没有，一个好的解决办法是采用气浮和流体支承，从而减小振

动和噪声。

直线步进电机使用较广，如用在数控绘图仪、记录仪、数控刻固机、数控激光剪裁机、集成电路测量制造等设备上。

⑤平面式步进电机 平面式步进电机由两个互相垂直运动的直线步进电机组合而构成。它具有x、Y两个坐标轴，能在平面内各个方向运动。其原理、结构和特性可参考直线步进电机。平面步进电机结构简单、性能好、成本低，在数控设备上得到较广泛的应用。

模具/零件 高速加工中心 钻攻中心 高速加工中心 都归属数控机床系列

本文由 伯特利数控 整理发表