滚珠丝杠、直线导轨的现状及技术动向

jetef303

中国作为世界上最大的机床消费国，制造业已经发展成为一个支柱产业。由于汽车工业的发展，对机床的速度和效率都提出了新的更高的要求。据了解，目前中国机床的数控化率发展很快。日本机床的数控化率从开始的40%提高到目前90%的水平，大约花了15年的时间，从中国现在发展的速度来看，如要达到目前日本的水平，估计不需要花费这么多的时间，提高数控机床功能零部件的性能和质量已经成为中国机床工业发展的当务之急。
为实现其高性能，中国生产的机床在驱动上使用高精度滚珠丝杠的比率有了很大的提高。目前机床采用的滚珠丝杠，有价格较低的国产的，也有精度较高的日本和欧洲等进口产品。使用进口产品往往是在那些对加工速度、精度、寿命及稳定性方面有较高要求的机床。
随着机床速度的提高，导轨的使用也由滑动向滚动转化。在中国，由于机床速度较低及制造成本上的原因，滑动导轨的使用还占大多数，但使用滚珠导轨和滚柱导轨的机床数量在急速上升。由于滚动导轨具有高速、长寿命、可加预压、安装方便等方面的优点，随着对机床性能及数控化要求的提高，滚动导轨使用比率的提高是必然的趋势。
% N% i9 a: `  H2 [; l
2 O, L( i7 p+ Y/ d* }3 L# A: b图1（1996年到2002年JIMT展会加工中心的移动速度  左竖轴 展出的台数，横轴机床移动速度)
( z$ Y4 J1 _) `% f+ x要提高机床的生产效率，就要提高机床的速度。  图1所示的是从1996年到2002年在日本国际机床展上展出的加工中心的速度统计数据，Y轴是台数，X轴是快进速度。在日本，机床的进给速度每年都在刷新，明显呈高速化趋势。例如，速度为60m/min的机床，每年都在增加，这些机床都大量使用NSK的产品。在中国，已开始生产速度为60m/min的加工中心，由此，对高速滚珠丝杠和直线导轨的需求也会有快速的增加。
# ~6 _, x! h0 E2 L, v, e' V2 TNSK从1916年开始开发制造轴承，已经具有90年生产轴承和45年生产滚珠丝杠的历史。最近几年，NSK还开发出了高速静音滚珠丝杠，高负荷滚子直线导轨，这将对中国发展高性能机床提供有力的支持。轴承制造技术是NSK的强项，以此滚动技术为基础， 不断开发生产滚珠丝杠、直线导轨、主轴单元以及几乎使用于机床各个部分的所有滚动部件。在上个世纪80年代，在日本国内机床业数控化的进程中，NSK的精密轴承和精密滚珠丝杠担当了一个非常重要的角色。
在CCMT2006上NSK展出一些先进的产品。
在几年前，日本国内就开始生产速度超过100m/min的机床。为满足其高速的需求，NSK开发了DN值达22万（DN=轴径ｘ转数），静音、且带有新的润滑结构、新循环方式的BSS系列高速滚珠丝杠。
1 B9 [4 H4 D+ z' r+ e机床的高速化，高加减速度的要求，使得滚珠丝杠的负载不断增加。为了满足高速的要求,一般来讲可选用大的导程滚珠丝杠，但是，选用大导程的滚珠丝杠会引起负荷能力不足、刚性不足的问题。NSK所开发的新BSS系列高速滚珠丝杠(  图2)，具有低噪音，低震动的特征。由于采用了新的循环方式，其DN值也就是轴径和转数的乘积可达到22万，比现有的产品提高1倍。而且，噪音可降低5到7个分贝。另外，由于不带钢球循环管，与现有同类产品相比较，螺母的外径可以减小15%～30%。根据需要，还可加上高防尘密封盖及免维护的自动润滑元件K1。并有中导程和大导程许多规格，其产品得到了日本许多大型机床厂家的好评。
. y3 k& b# f; T1 `$ K) T6 ?) l# k) W' B
; i* p- a4 O! T' s, P图2  RA系列
8 R1 q1 a0 D% |20多年来，NSK主要致力于开发直线球导轨。从2003年开始生产销售直线滚子导轨RA系列产品(图3 )，其产品在负荷、刚性、运动性能等方面都优于目前其他生产商的同类产品。
6 ]( D/ Q& v7 f2 ]; y1 S. v$ C, J: Y
图3 刚性实测值的比较
在刚性方面，由于采用了FEN解析技术进行优化设计，使得其内部变形达到最小，对于滑块来讲，其开口部的变形就小，从而确保了其达到最优化的刚性。
3 m# ?. x$ j" O0 w6 Y3 R# J最近几年，中国的汽车行业发展势头迅猛。到2010年，中国国内的汽车年产量预计可达1000万台之多。汽车行业的发展又带动了其他行业的发展，其中注塑机的需求亦大幅度得到增长。注塑机的需求，不但在汽车行业，在中国作为支柱产业的IT、半导体行业亦有大量的需求，并且对其产品提出了高精度、高性能、高效率的要求。注塑机专用丝杠――HTF系列就是应这种需求发展起来的。
目前，在中国国内生产的注塑机基本上是液压式的。最近几年，电动式注塑机在日本得到了急速的发展。电动式注塑机与液压式注塑机在结构上的主要区别在于驱动方式，电动式注塑机不是以液压来驱动而是以伺服电机、滚珠丝杠来驱动的。到目前为止，在日本国内，电动式注塑机已占到注塑机总量的75%。根据本公司的调查资料，电动式对于液压式的比率在逐年增加，电动式注塑机最大已做到了1000t。
1 z, w% y+ S7 S. ^) S8 p4 k液压式注塑机向电动式注塑机转化，主要需要进行改造的部分是注塑部分和合模部分，其它还包括注塑嘴定位部、脱模部。其中注塑和合模部分要求很高的负荷承受能力，特别是注塑部分的滚珠丝杠，需把粘度较高的塑性材料以高速射出，并加以保持，以20～150mm的行程，以100～250mm/sec的比较慢的速度，在高负荷的状态下，反复运动。所以对于注塑部分的滚珠丝杠，要求能在小行程下运动并具有良好的承受高负荷的能力是滚珠丝杠在设计上必须注意的。
5 v! f' e. o" X: Q由于注塑机的电动化，就对滚珠丝杠的承载能力提出了要求，为满电动式注塑机的高负荷要求，NSK开发了处于世界领先水平的注塑机专用丝杠――HTF系列滚珠丝杠，目前在日本的电动式注塑机的市场占有率达80%。HTF系列大负荷滚珠丝杠的外形。
机床业与其他行业一样，必须关注环保的问题，因此，在润滑油的使用、废油处理等方面有一定的限制。为此，NSK开发了可长期免维护的自动润滑元件K1 ，可使用在轴承、滚珠丝杠和直线导轨上，并承诺可运行5年或1万km免维护。
4 Z# D$ g* z$ \; D9 \8 ^图4是一个装有K1和不装有K1的导轨的实际使用比较例子，其用途是用在汽车焊接生产线上的机器人,使用环境非常恶劣。原来未使用K1时，不满一年就会因润滑不良而发生钢球阻塞等故障。由照片亦可看到钢球及导轨有生锈的情况。用了K1，使用一年后进行分解观察，钢球和滚道磨损很少，亦没有发生生锈的情况，使用情况良好。
  y& W/ q- \& Q$ N* N  p  o# R# C
图4
NSK在世界各地设有4所技术研究中心（日本、美国、欧洲、中国），技术研究中心担负着产品开发研究所需的评价试验、寿命试验和产品品质的验证等的任务，具有世界一流的技术力量。技术研究中心对产品开发的研究成果，对生产的指导和产品品质的管理起到了很大的作用，使得NSK的产品得到了客户的充分信赖。
' @1 z! h" ~1 [& r8 U5 q4 aNSK以持有世界第一的滚珠丝杠市场占有率而自豪，轴承的市场占有率在日本国内为第一，世界为第三，直线导轨的市场占有率为世界第三。滚珠丝杠在速度、精度等的主要技术参数上，在行业中处于最高水平，走在世界机床及产业水平的前端。
3 r! l" b6 P) i# {7 C文章关键词：