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海外滚动功能部件产品的新发展
在技术创新的推动下,按照市场的需求,滚动功能部件产品正朝着定位精密化、驱动高速化、产品结构复合化、智能化、模块化、绿色化方向发展,产品规格向特大型、高刚度重载荷、超小型、小径大导程,超大导程方向扩展和延伸。
高速加工技术推动滚动功能部件高速化向纵深发展
  以高主轴转速、高进给速度和加(减)速度、极短的启停时间,大的金属切除率为特征的高速切削加工(HSC),已成为21世纪装备制造业发展的热点。以加工中心为例,伺服进给的快移速度上世纪八十年代V=15~24 m/min、加速度0.3g,九十年代前期V=20~32 m/min、加速度0.5g,九十年代后期V=40~80m/min、加速度0.8~1.0g,目前已达V=60~120m/min、加速度1~2g。滚珠丝杠副的“提速”也基本上紧随主机的发展进程。
  日本NSK公司最早将“空心强冷”技术用于精密滚珠丝杠副,1997年首先推出用于高速数控机床的HMC系列精密高速滚珠丝杠副,don值12万,V≥72m/min,加速度1g,精度C3~C5(JIS标准)。在大约五年时间内,Rexroth、THK、Steinmeyer、等海外公司先后研制出第一代精密高速滚珠丝杠副产品。第一代高速滚珠丝杠副的总体水平是:don值12万~15万、V=60~100m/min,加速度1~1.5g、精度:P3级~P5级。
    到2002年以后,世界上出现don值高达20万,V=200m/min的超高速静音滚珠丝杠副,挑战直线电机。第二代高速滚珠丝杠副的总体水平是:don值14万~18万(20万),V=80~120m/min(中大导程),加速度1~2.5g,精度P3级。(当采用大导程时Vmax=200m/min。)
  滚动直线导轨副的高速化比之滚珠丝杠副更容易实现,因为导轨固定不动,滑块只有直线运动而无高速旋转所带来的一系列问题。现在Vmax=300m/min的滚动直线导轨副已能满足直线电机配套的需要。
机电一体化、智能化、模块化促进滚动功能部件功能复合化
  瑞士Schneeberger、德国INA、Rexroth、我国台湾HIWIN等公司都先后研制成功带测量系统的智能化滚动直线导轨副,把直线运动的导向功能与磁栅数显的位置检测功能合二而一。  
    Rexroth、INA、等公司先后开发出滚珠螺母主驱动空心电机高速滚珠丝杠副,其特点是:与空心AC伺服电机的转子刚性联接的滚珠螺母,在固定的丝杠轴上一边高速旋转一边快速移动(或滚珠螺母旋转,但轴向固定,丝杠做直线运动),Vmax=120m/min,加速度1g,并借助于位置反馈系统获得较高的定位转度。   
    它的优点是:结构紧凑(省去了齿形带传动),转动惯量小,避免了因丝杠轴高速旋转所带来的振动、噪声、热变形等问题,使进给系统的动态特性得到改善。这一新产品已成功地用于加工中心和PKM并联运动机床上  
     此外,在滚珠丝杠副与滚珠花键一体化的结构中,丝杠轴与花键轴融为一体,既可获得直线往复运动,还可传递矩。海外不少公司推出的新一代直线驱动模块和坐标工作台已实现滚珠丝杠副和滚动直线导轨副的一体化,把滚珠螺母与导轨的滑块做成一体,不但结构紧凑,运动部件轻量化,其几何中心位于驱动丝杠轴心,从而降低了俯仰、摆动力矩,使运动更趋平稳。
面对不同需求,滚动功能部件继续向“超”、“特”方向发展    
    随着大型CNC龙门镗铣床、重型CNC车床、大型龙门式加工中心的发展,以及钢铁冶金装备、大型电站、空港海港设备、大型雷达装备等对滚动功能部件的需求,海外企业纷纷研制出超重负荷,超长行程的产品,西班牙BSG-ZUAZO S.A采用大型专用螺纹磨床整体加工出14000mm长的超长行程滚珠丝杠,精度达P5级(静态测量)。REXROTH、INA等推出承载能力达300t专用于电动注塑成型机的超重载滚珠丝杠。滚柱直线导轨副在满足重载、高刚度、长寿命方面更具独特优势,德国INA公司RUE 100E-L型超重型产品,滑块宽250mm,高120mm,自重37kg,Co=1600KN,一个滑块可承载一条重达150t的蓝鲸。Rexroth公司的125std long超大型滚柱直线导轨副,滑块宽320mm,高160mm,长476mm,可承受200t载荷。  
    随着信息化产业的发展,纳米技术,半导体装备,微机电产品、光学仪器、微型医疗机械,γ刀设备、航空航天、卫星、导弹等对微型滚动功能部件的需求与日俱增。德国Steinmeyer公司推出世界上最小的微型滚珠丝杠Φ3×0.5(mm),全长80mm,动态转矩仅为0.3N.cm。日本NSK公司最早推出MSFD系列微型滚珠丝杠副,最小规格Φ4×1(mm),精度Co级(JIS标准)。KKS公司早在上世纪90年代就建立了产能6000套/月的生产线,德国Rexroth、JENA等公司都有微型滚珠丝杠的系列产品。日本KURODA等公司批量生产小径大导程滚珠丝杠,Φ8~Φ16(mm),Pn=30、40、60mm,用于半导体装备、医疗机械、办公自动化设备的快速驱动场合。
全球范围的绿色浪潮催生具有时代气息的滚动功能部件  
    在“绿色革命”、“4R循环经济”、“高效率制造”理念的推动下,滚动功能部件产业的技术创新正沿着绿色大道阔步迈进。  
    (1)冷轧成形技术使滚动功能部件的量产能力大幅增长,冷轧滚珠丝杠作为独立的商品在精度、性能方面得到提升。   
    (2)螺纹旋风铣削技术由“软铣”到“硬铣”、由“粗”到“精”,已成为高效绿色制造技术的新宠。   
    (3)内循环滚珠丝杠副的反向器和滚动直线导轨副的回珠块都是直接影响产品运转灵活性和平稳性的关键零件。近年来金属注射成形技术(MIM)正在兴起,所谓MIM(Metal Injection Molding),按国标GB/T3500-1998的定义是:“将金属粉末与其粘结的增塑混合料注射于模型中的成形方法。”MIM是塑注技术与金属粉烧结熔融技术相结合、并综合了金属制粉、塑料、机械及模具、自控等领域的高新净成形技术,是当今国际上最热门的复杂、精密零件优质高效绿色制造技术。     
    (4)基于绿色设计的理念,绿色滚动功能部件产品相继问世。
    所谓绿色设计,就是充份考虑产品功能、质量、性价比、成本等因素的同时,优化设计要素,使产品在制造和使用过程中对环境影响最小,资源消耗最小,可回收再制造。
 
2007-07-16

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