1、 工件垂直搬运装置设计 滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。由螺杆、螺母和滚珠组成 ， 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 ，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点 ， 被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。 我国滚珠丝杠副的发展历程，自 1964年我国自行研制出第一套滚珠丝杠副以来 , 随着产品的应用范围的不断扩大及制造水平逐渐提高 , 滚珠丝杠副制造技术主要经历下面几个发展阶段 1: 1)、起步 行业标准的制定 (1964-1982) 在这一阶段 , 以北京机床研究所、南京工艺
2、装备制造厂和南京理工大学原华东工学院为主 , 主要瞄淮日本等先进产品技术进行模仿创新 , 并逐渐形成具有中国特色的产品工艺格局。此时 , 我国滚珠丝杠副在结构设计上主要是端盖、螺旋槽、插管等外循环方式 , 加工工艺还处在一个摸索的时期。受基础工业较为薄弱的制约 , 用于加工滚珠丝杠的专用工作母机螺纹磨床的精度较低 , 行业内还没有专用的检测设备 , 因此 , 制造出的产品大多只满足低精度传动用的场合。经过这一阶段的漫长时间的努 力和摸索 , 以行业标准滚珠丝杠副的诞生 , 代表了我国滚珠丝杠副的发展越过了原始起步阶段。同期内 , 滚珠丝杠副也基本形成较为成熟的加工工艺 , 相应带动和促进了国内
3、螺纹磨床、激光检测设备的发展。 2)、发展，部颁标准的形成 (1982-1991)，随着国内机床行业对滚珠丝杠副的应用逐步推进 , 以及国家在“七五”、“八五”期间对重点骨干企业的大力扶持 , 逐步形成以南京工艺装备制造厂为主要生产基地的全国专业化配套厂。此外 , 螺纹磨床制造业的发展和检测设备的不断完善 ,加上行业内部分企业积极与一些发达国家进行技术合作 , 滚珠丝杠副产品在结构设计上逐步采用内循环方式 , 丝杠制造在热处理工艺上实现了突破 , 高中频感应淬火技术在滚珠丝杠加工中的运用改变了原来整体淬火的不足。因此 , 在这一阶段 , 部分企业的产品无论是在精度和性能上 , 还是在制造规模上
4、 , 都取得了突飞猛进的发展 , 滚珠丝杠副也逐步被应用于普通机床和中、低档数控机床定位。在行业标准1 滚珠丝杠副基础上 , 行业内骨干企业通过与机床厂家、科研院所的通力合作终于完成较为详细的部颁标准滚珠丝杠副的修订。 3)、成熟，国家标准的制定 (1991-1998)，滚珠丝杠副作为一个 实现数控机床直线传动必不可少的核心功能部件 , 它的发展也越来越得到业内的重视 , 在“八五”、“九五”期间 ,该行业在国家部委及一些省市的重视和支持下 , 不少企业先后从一些发达国家引进关键的加工和检测设备 , 如瑞士公司及德国公司的高精度螺纹磨床、英国公司高精度内螺纹磨床、德国公司数控中频淬火机床等世界
5、一流的冷热加工设备 ,这些都使得滚珠丝杠副的制造工艺水平迅速提升到国际一流的制造水平。经过这一阶段的发展 , 部分企业已经能够批量生产级高精度滚珠丝杠副 , 行业内制定了相应的滚珠丝杠副国家标准滚珠丝杠副 , 该标准等 效于滚珠丝杠副国际标准 , 这标志着我国国产滚珠丝杠副的制造标准已经完全与国际标准完全接轨。 4)、赶超世界潮流 (1998-今 )，近几年来 , 各行各业对加工设备的自动化程度要求越来越高 , 尤其是国产主机、整机的产业化 , 促进当前市场需求的扩大 , 这给滚珠丝杠副带来了空前的发展机遇。但伴随着我国进入以后 , 国内快速发展的应用市场导致全球各先进的生产制造厂家纷纷进军中
6、国 , 产品的竞争提前步入国际化。这对我国的国内企业来说 , 既是一种大发展、赶超世界潮流的机遇 , 也是一种生死侦关的残酷竞争。 基于滚珠丝杠副的重 要性和发展的必要性，国内外学者就滚珠丝杠副的设计，检测与加工等方面展开了广泛的研究： 滚珠丝杠是一种精密、高效的传动元件，它以其高速度、高刚性、可逆性、长寿命、同步性、高灵敏度、无间隙、维护简单等优点而广泛应用在当代数控机床进给伺服机构中，同时，滚珠丝杠的使用也是数控机床区别于普通机床的根本特征之一。总结了滚珠丝杠副的各种优点，叙述了数控机床进给系统设计中滚珠丝杠副的选用流程，并详细地介绍了设计过程中滚珠丝杠副需要校核的参数以及计算方法，对于机
7、床设计人员有着重要的参考价值 4。 滚珠丝杠副是数控机床重要的 传动部件，它的以往设计精度与可靠性直接影响加工零件的质量。滚珠丝杠副设计时一般只考虑其静强度以及安全系数很少考虑可靠性要求以及材料的经济性。建立滚珠丝杠副多设计变量的优化设计数学模型，在约束条件中考虑了接触疲劳寿命可靠性和刚度可靠性，利用 MATLAB 的 SQP 法进行辅助优化计算与设计，快速分析与计算出优化结果 5。 数控机床的轴向运动，主要是用滚珠丝杠副进行驱动的。通常铅垂使用的滚珠丝杠2 副承受着牵引力和部件重力的合力作用。由于滚珠丝杠副不能自锁，所以在停机状态下 铅垂轴部件会自然下滑。为了更好地解决这个 问题介绍一种失电
8、制动机构，数控机床垂向滚珠丝杠制动装置 6。 滚珠丝杠副在机械传动系统中得到了越来越广泛的应用，但在系列产品进行设计过程中，经常会重复用到结构相同或相似而尺寸不同的一些零件，如丝杠、反向器、滚珠等。如果每个零件用设计人员大量的时间和精力，影响新产品的开发周期，进而制约企业的技术进步和持续发展，利用 Pro/E 软件强大的参数化功能，综合使用 Pro/E 内嵌的Program编程功能和零件簇表（ Family Table）功能可以在不进行二次开发的情况下，建立起滚珠丝杠副的零件库，从而较好地解决系 列化零件的快速设计问题 7。 文献 12结合生产实践，采用一种预拉伸结构，使丝杠在温度升高的情况下
9、满足了工作要求。经多年来在数控机床上的实际应用，效果良好。 国内各生产厂家通过合理的材料选择和热处理 ,滚珠丝杠的整体刚性、表面强度与耐磨性等使用性能要求可以有效保障 10。良好的内在性能配合高精度的磨削加工可保障滚珠丝杠尺寸精度和定位精度 ,对应用该产品的机床精度提高提供有效保证。随着国内滚珠丝杠内在性能与精度的不断提升 ,已经在原先由进口产品垄断的中、高端滚珠丝杠市场占据一席之地。 滚珠丝杠的规格参数 已趋于标准化 , 为适应批量化 ,专业化的生产 ,需要为滚珠丝杠建立一个智能化的 CAD 平台 , 定制满足自身要求的 CAD 系统 , 对 AutoCAD 系统进行二次开发 , 研制出滚珠
10、丝杠自动绘图系统 , 进而节省图样绘制时间 , 缩短生产周期 , 提高生产效率 13。 滚珠丝杠是机床进给系统中十分重要的部件，然而传统的解析方法难以完成精确全面的计算和分析，因此必须对丝杠进行动力学研究。文章讨论了如何运用先进的有限元分析软件 ANSYS 对丝杠进行模态分析，研究了丝杠的无阻尼自由振动，得到了系统的固有频率和振型 14。 这 些年来 , 高速加工技术与高速机床的迅速发展，国外转而采用直线电动机。直线电动机是一种将电能直接转换成机械能的电力装置 , 其结构类似于把一台旋转电机沿着半径剖开 , 并展开。在直线电动机中 , 相当于旋转电机定子的 , 叫初级 , 相当于旋转电机转子的
11、叫次级。初级与次级之问可相互移动。直线电机有很多优点 , 可做成多种形式 , 首先 , 直线电机以一个部件实现直线移动 , 取消了电机到工作台的中间环节 , 实现了工作台进给的“ 零传动” , 阻力小 , 寿命长。再次 , 推力大 , 速度快 , 加速度高 ,直线电动3 机的加速度可达十几个 , 空载时 , 速度可达每分钟数百米。由于直线电动机没有中间环节 , 系统精度高 , 全程定位精度与重复精度都可达甚至更小。直线电动机靠初级与次级的相对平移产生运动 , 初级与次级以面相对 , 因而 , 初级与次级都可做的很长 , 其移动范围可轻而易举的达到十几米。我国在此方面刚刚起步 , 应做更多的努力
12、。同时要看到滚珠丝杠在相当长的时期内都将是国内精密传动的主导，因此对滚珠丝杠进行实际设计来加深理论与实际的结合具有很强的时代意义。 参考文献 1 Wei Chin Chung， Lin Jen Fin， Horng Jeng-Haur. Analysis of a ball screw with a preload and lubricationJ. Tribology International, Dec.2009, Vol. 42, Issue 11/12, P1816-P1831. 2JIAN ZHANG, JUNJI FURUSHO, MASAKI UDA, et al. Develo
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