高速加工机床进给运动两种不同传动方式比较

     对于高速进给运动的传动方式，目前应用最为广泛的两种方式分别是利用回转伺服电机通过滚珠丝杠的间接传动，以及直线电机的直接驱动。这两种传动方式各有各的优势，下面让我们逐一地进行介绍。

    滚珠丝杠的间接传动方式

    通过滚珠丝杠的间接传动方式出现较早，其主要优点是技术成熟，结构相对比较简单，加速度特性受运动部件载荷变化的影响程度非常小。滚珠丝杠间接传动方式所使用的设备已经具备了标准化、模块化、系列化和专业化的特征，被国内外许多厂家批量生产，因此很容易获得并使用。

    但是这种传动方式也有其弊端。由于普通传动所使用的滚珠丝杠，存在惯量大、导程小等问题，同时又受到临界转速的限制，其所能提供的进给及快移速度不大，只有每分钟10到20米，加速度也仅为为重力加速度的30%，无法满足高速加工的需求。所以，应用于高速加工设备的滚珠丝杠普必须经过改进才能胜任。

    通常所采用的改进措施包括以下这些步骤：首先要加大丝杠的导程并增加螺纹的头数，前者有助于提高丝杠每转的进给量，而后者则可以有效弥补丝杠导程增大后所造成的轴向刚度和承载能力下降的问题。接下来，还应该将实心丝杠改为空心丝杠，这样做既能够减少丝杠的重量和惯量，有效提高丝杠速度，还可以打通内冷通道，为对丝杠进行通水内冷，减少高速加工时产生热量的影响打下良好的基础。再有，还应该对回珠器及滚道的设计和制造质量进行适当的改进，使滚珠的循环更流畅，减小不必要的摩擦损耗。最后，应采用滚珠丝杠固定，螺母与联结在移动部件上的伺服电机集成在一起完成旋转和移动，从而避开了丝杠受临界转速的限制等。

    经过这些改进措施以后，滚珠丝杠传动方式可提供的进给及快移速度能够达到每分钟60到90米，加速度可以达到重力加速度的1至2倍。但是由于原理和结构所限，想再提升就很困难了，目前的速度和加速度已经达到极限。

    直线电机的直接驱动方式

    采用直线电机直接驱动是将伺服电机的定子和动子分别直接与机床床身和移动部结合在一起，取消了中间环节，传动链的长度缩短为零，即实现了所谓的“零传动”。这种驱动方式的主要优点是机械刚度大大增强，传动系统的惯量得到减少，因此能够获得更大的速度和加速度。数据显示，采用直线电机的直接驱动方式最高进给和快移速度能够达到每分钟120到240米，加速度可以达到重力加速度的2至10倍。而且这种传动方式适应性极强，灵敏度很高，行程长度不受限制，也易于控制系统的阻尼力和动态特性，它随动性好，不存在反向间隙，可以利用直线光栅尺作为测量反馈元件，实现全闭环控制，以获得更高的定位精度和跟踪精度。

    但是，这种传动方式也存在一些缺点。如结构尺寸和自重相对较大，造成系统功耗过大、效率偏低；工作过程温度升高较大，必须使用强冷却装置；还有因为受磁场力作用，容易吸引铁屑和金属物，必须考虑防磁措施等。另外，采用这种传动方式，其加速度值对运动载荷较敏感，适合用在运动件载荷恒定或者变化量不大的场合，并且在数控编程时注意其影响。由于直线电机直接驱动不具备自锁能力，设计和使用中应注意考虑外加制动措施，特别是在垂直轴进给系统中使用时，尤其需要注意。