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丝杆传动等离子切割机优化方案浅析

丝杆传动等离子切割机优化方案浅析

  丝杆传动结构又称为滚珠丝杆,主要应用于大型数控机床。至2011年始广泛应用于数控等离子切割机、激光仲博数控切割机等加工设备领域。作为回转运动转化为直线运动的代表传动设计,滚珠丝杆由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动,这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展,这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力,滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。一般来说,丝杆传动结构形式的数控等离子切割机是工具机和精密机械上最常使用的传动元件,其主要功能是将旋转运动转换成线性运动,或将扭矩转换成轴向反覆作用力,同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。
  国内丝杆传动的等离子切割机设计始于2010年,由于本身的结构优势,采用滚珠丝杆传动数控等离子切割机在行走精度方面要明显优于其他传动设计方式的大型数控机床,但近年来滚珠丝杆传动仍有被取代的趋势,其主要原因还在于滚珠丝杆传动在传动速度方面存在缺陷,以武汉仲博科技SF系列高速等离子切割机为例,由于主要传动结构采取的齿条/直线导轨形式,设备空载速度可达到60米/分钟,实际加工速度可达到25米/分钟,这在丝杆传动设计上则难以实现,经公司技术部检测发现,滚珠丝杆所能承载的速度上线约为100米/分钟,而齿条传动则约为其两倍。但对于一些精密加工机床而言,丝杆传动方式在传动精度方面仍然相比齿条结构有着显著优势,这也导致目前市面仍有大量的丝杆结构数控机床存在。本文由武汉仲博科技技术部编辑整理,主要就丝杆传动等离子切割机如果在传动效率方面的改进优化提出一些建议及实操方案,不足之处欢迎广大同行朋友共同探讨。

一、丝杆传动等离子切割机优化建议
  1. 与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3,由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。
  2. 高精度的保证,滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的,特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度、湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。   
  3. 微进给可能,滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。  
  4. 无侧隙、刚性高,滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。   
  5. 高速进给可能,滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。   

二、丝杆传动等离子切割机改进方案
  1. 超高DN值滚珠丝杠:高速工具机,高速综合加工中心机。 
  2. 端盖式滚珠丝杠:快速搬运系统,一般产业机械,自动化机械。  
  3. 高速化滚珠丝杠:CNC机械、精密工具机、产业机械、电子机械、高速化机械。   
  4. 精密研磨级滚珠丝杠:CNC机械,精密工具机,产业机械,电子机械,输送机械,航天工业,其它天线使用的致动器、阀门开关装置等。   
  5. 螺帽旋转式(R1)系列滚珠丝杠:半导体机械、产业用机器人、木工机、雷射加工机、搬送装置等。   
  6. 轧制级滚珠丝杠:低摩擦、运转顺畅的优点,同时供货迅速且价格低廉。   
  7. 重负荷滚珠丝杠:全电式射出成形机、冲压机、半导体制造装置、重负荷制动器、产业机械、锻压机械。

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