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NSK 驅(qū)動(dòng)機(jī)床自動(dòng)化
閱讀：1054 發(fā)布時(shí)間：2014-7-17
NSK驅(qū)動(dòng)機(jī)床自動(dòng)化
NSK作為滾珠絲杠，直線導(dǎo)軌，精密軸承等驅(qū)動(dòng)功能部件廠家的*，一直在挑戰(zhàn)機(jī)床的高速極限。我們采取多項(xiàng)技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)超高速的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的超高剛度及超高精度。
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(dòng)，必須考慮導(dǎo)程和轉(zhuǎn)速的平衡。NSK采用對(duì)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?yàn)橛袑?dǎo)程角度存在，加工時(shí)砂輪傾斜角大，螺母長(zhǎng)時(shí)溝槽加工困難，NSK近幾年不斷創(chuàng)新加工技術(shù)，大導(dǎo)程的螺母加工長(zhǎng)度有很大提高，從而實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷容量。
雖然采用了大導(dǎo)程，因近年來(lái)伺服電機(jī)的編碼器分辨率大大提高，可選用相對(duì)高分辨率的編碼器解決zui小驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)度。舉例：導(dǎo)程80mm，選用100萬(wàn)分割/rev分辨率的編碼器，驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)度zui小可設(shè)定至0.08μm。
2.絲杠高速旋轉(zhuǎn)技術(shù)
絲杠自身形成有鋼球無(wú)限循環(huán)的路徑，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。對(duì)路徑內(nèi)各個(gè)部件形成損傷。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(lái)決定。
3.高加減速
要實(shí)現(xiàn)機(jī)床的率，驅(qū)動(dòng)還必須是高加減速。為了保證高加減速時(shí)所需的大扭矩，在驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠兩端配置馬達(dá)采用雙驅(qū)動(dòng)模式。另外還要考慮到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)部位的輕量化和減少旋轉(zhuǎn)部位的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也很重要。通過(guò)這些方案可以實(shí)現(xiàn)zui高快移速度240m/min，加速度5G的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。可比市場(chǎng)主流高速機(jī)種（60m/min1.5G）的效率提高3倍。
4.絲杠的長(zhǎng)壽命技術(shù)
輸送速度，加減速增大，必將伴隨著軸向載荷增加。為保證高負(fù)荷容量和高剛度，必須增加負(fù)載鋼球數(shù)。一般說(shuō)來(lái)大導(dǎo)程會(huì)降低單位長(zhǎng)度的有效圈數(shù)從而在鋼球數(shù)上處于不利位置。圖為4頭絲桿的透視圖。螺母內(nèi)大約有600個(gè)鋼球，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命和高剛度。
5.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)精度提高（對(duì)絲杠進(jìn)行強(qiáng)行冷卻）
因?yàn)榻z杠高速旋轉(zhuǎn)，滾動(dòng)摩擦引起的溫升增大，絲杠軸溫升會(huì)大大降低定位精度。要抑制絲杠溫升有，①抑制發(fā)熱，②增加散熱（強(qiáng)行冷卻）等方法。
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zui大載荷的1/3左右，增加預(yù)緊力可以增加螺母剛度，但預(yù)緊力過(guò)大會(huì)使壽命變短，系統(tǒng)發(fā)熱量太大。所以zui大載荷和要求剛度必須明確，這樣才能保證選用*預(yù)緊量。另外，要求zui快速度定下來(lái)后，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。還有，潤(rùn)滑方式也很重要，潤(rùn)滑劑的粘度及攪拌抗力形成的摩擦也是發(fā)熱源，選用時(shí)也要注意。
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），向絲杠軸兩端，向螺母座的3種方式。如果加上強(qiáng)行冷卻，散熱效果會(huì)數(shù)十倍增加，是zui有效的抑制溫升的手段。
6.驅(qū)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的剛度關(guān)系到固有頻率會(huì)影響到伺服系統(tǒng)的性能。產(chǎn)生的空轉(zhuǎn)等也會(huì)直接影響到加工品質(zhì)。絲杠驅(qū)動(dòng)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。一般說(shuō)來(lái)軸的剛度是zui弱的，而軸的支撐方式不同剛度變化也很大。
采用固定-固定的支撐方式可讓剛度zui大化，對(duì)實(shí)現(xiàn)高精度zui為有利。但是不能吸收因溫升引起的軸向伸長(zhǎng)量。那時(shí)候也雖然可采用兩端的軸承對(duì)絲杠軸預(yù)拉伸，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(guò)大，預(yù)拉升力失去效用時(shí)就會(huì)造成剛度和精度低下。所以要實(shí)現(xiàn)高剛度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還是必須用前述方法有效地減少絲杠溫升。
NSK作為滾珠絲杠，直線導(dǎo)軌，精密軸承等驅(qū)動(dòng)功能部件廠家的*，一直在挑戰(zhàn)機(jī)床的高速極限。我們采取多項(xiàng)技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)超高速的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的超高剛度及超高精度。
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(dòng)，必須考慮導(dǎo)程和轉(zhuǎn)速的平衡。NSK采用對(duì)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?yàn)橛袑?dǎo)程角度存在，加工時(shí)砂輪傾斜角大，螺母長(zhǎng)時(shí)溝槽加工困難，NSK近幾年不斷創(chuàng)新加工技術(shù)，大導(dǎo)程的螺母加工長(zhǎng)度有很大提高，從而實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷容量。
雖然采用了大導(dǎo)程，因近年來(lái)伺服電機(jī)的編碼器分辨率大大提高，可選用相對(duì)高分辨率的編碼器解決zui小驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)度。舉例：導(dǎo)程80mm，選用100萬(wàn)分割/rev分辨率的編碼器，驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)度zui小可設(shè)定至0.08μm。
2.絲杠高速旋轉(zhuǎn)技術(shù)
絲杠自身形成有鋼球無(wú)限循環(huán)的路徑，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。對(duì)路徑內(nèi)各個(gè)部件形成損傷。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(lái)決定。
3.高加減速
要實(shí)現(xiàn)機(jī)床的率，驅(qū)動(dòng)還必須是高加減速。為了保證高加減速時(shí)所需的大扭矩，在驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠兩端配置馬達(dá)采用雙驅(qū)動(dòng)模式。另外還要考慮到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)部位的輕量化和減少旋轉(zhuǎn)部位的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也很重要。通過(guò)這些方案可以實(shí)現(xiàn)zui高快移速度240m/min，加速度5G的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。可比市場(chǎng)主流高速機(jī)種（60m/min1.5G）的效率提高3倍。
4.絲杠的長(zhǎng)壽命技術(shù)
輸送速度，加減速增大，必將伴隨著軸向載荷增加。為保證高負(fù)荷容量和高剛度，必須增加負(fù)載鋼球數(shù)。一般說(shuō)來(lái)大導(dǎo)程會(huì)降低單位長(zhǎng)度的有效圈數(shù)從而在鋼球數(shù)上處于不利位置。圖為4頭絲桿的透視圖。螺母內(nèi)大約有600個(gè)鋼球，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命和高剛度。
5.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)精度提高（對(duì)絲杠進(jìn)行強(qiáng)行冷卻）
因?yàn)榻z杠高速旋轉(zhuǎn)，滾動(dòng)摩擦引起的溫升增大，絲杠軸溫升會(huì)大大降低定位精度。要抑制絲杠溫升有，①抑制發(fā)熱，②增加散熱（強(qiáng)行冷卻）等方法。
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zui大載荷的1/3左右，增加預(yù)緊力可以增加螺母剛度，但預(yù)緊力過(guò)大會(huì)使壽命變短，系統(tǒng)發(fā)熱量太大。所以zui大載荷和要求剛度必須明確，這樣才能保證選用*預(yù)緊量。另外，要求zui快速度定下來(lái)后，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。還有，潤(rùn)滑方式也很重要，潤(rùn)滑劑的粘度及攪拌抗力形成的摩擦也是發(fā)熱源，選用時(shí)也要注意。
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），向絲杠軸兩端，向螺母座的3種方式。如果加上強(qiáng)行冷卻，散熱效果會(huì)數(shù)十倍增加，是zui有效的抑制溫升的手段。
6.驅(qū)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的剛度關(guān)系到固有頻率會(huì)影響到伺服系統(tǒng)的性能。產(chǎn)生的空轉(zhuǎn)等也會(huì)直接影響到加工品質(zhì)。絲杠驅(qū)動(dòng)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。一般說(shuō)來(lái)軸的剛度是zui弱的，而軸的支撐方式不同剛度變化也很大。
采用固定-固定的支撐方式可讓剛度zui大化，對(duì)實(shí)現(xiàn)高精度zui為有利。但是不能吸收因溫升引起的軸向伸長(zhǎng)量。那時(shí)候也雖然可采用兩端的軸承對(duì)絲杠軸預(yù)拉伸，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(guò)大，預(yù)拉升力失去效用時(shí)就會(huì)造成剛度和精度低下。所以要實(shí)現(xiàn)高剛度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還是必須用前述方法有效地減少絲杠溫升。