機床正向高速、和復合加工的方向發(fā)展，與之配套的運動控制也愈發(fā)受到關注。
機床高速發(fā)展的有力保障
heinrichwillms：在過去的數(shù)年中機床發(fā)展一直向著高速，和復合方向發(fā)展，這個趨勢將繼續(xù)延續(xù)下去。
目前為滿足高速復合機床的發(fā)展需要，滾珠絲杠的發(fā)展也有了新方向，機床使用領域的開發(fā)對滾珠絲杠的結構設計提出了新的要求，如為了減小自身重量而設計出的空心滾珠絲杠，為了增加相對運行速度而設計出的同時帶有左右旋的絲杠，特殊的帶套螺母以及其他螺母結構適合任何一款機床設備的需要。
圖1：heinrichwillms德國blis滾珠絲杠有限公司總
高速滾珠絲杠的出現(xiàn)主要是通過改變反向器軌道的幾何形狀和材料來達到的。滾珠絲杠的運行速度直到100m/min是毫無問題，即使在這么高的運行速度下機床仍然保持很高的剛性，較低的耗能。
以前大型機床的制造都是通過人工實現(xiàn)的?，F(xiàn)在的大型機床，如船舶業(yè)的柴油發(fā)動機制造裝置以及發(fā)電裝置都可通過數(shù)字化控制實現(xiàn)。在這一領域就迫切需要，超長的大直徑滾珠絲杠。目前世界上已經(jīng)出現(xiàn)可生產(chǎn)20m滾珠絲杠的大型機床設備。這為滾珠絲杠在超高負載領域的新發(fā)展奠定了基礎。
大倉勝利：當前機床的發(fā)展趨勢無疑是高速化、復合化。thk自1972年剛開始研發(fā)lm導軌時起，就已經(jīng)著手機床的高速化了。將傳統(tǒng)的滑動導向機構改變?yōu)闈L動導向機構，使得機件的移動速度提高了2倍多，目前的高速機床中l(wèi)m導軌已成為*部件。lm導軌本身也在逐年進步，現(xiàn)在已能實現(xiàn)60m/min以上的高速運行。
機床工作的要素之一，是加工中存在必需的切削推力和切削反力。電機作為動力源使?jié)L珠絲杠軸旋轉，從而轉化為軸向驅動，這時的滾珠絲杠有兩個作用：一是驅動作用；二是在產(chǎn)生加工所需切削推力的同時，承受切削反力等負載的作用。滾珠絲杠的螺距因導程（每轉的移動距離）而異。通過螺距將電機的旋轉周向力轉換為軸向力，即還起著減速機的作用，使很小的電機也能產(chǎn)生很大的軸向力，滾珠絲杠確實是一種非常重要的機械部件。
圖2：大倉勝利蒂業(yè)技凱（中國）投資有限公司北京分公司
線性電機則不具有減速機的作用。因此，在承受切削反力，或停止時都要耗費很大的電力，這是它的缺點。其優(yōu)點是，可通過線性標尺在作用點（加工點）附近進行位置檢測。還由于零件數(shù)量少，組裝零件時相互間的誤差也較少，定位精度優(yōu)良。它沒有通常電機、絲杠驅動中的旋轉運動，不受離心力等的影響，因此速度可達絲杠驅動時的2倍以上。今后以線性電機為主要應用領域的是通過超高速主軸加工的無切削推力的精細加工和亞微米精度加工。
圖3：蕭瑞華博世力士樂中國線性傳動與組裝技術業(yè)務總
于宙：目前，國內生產(chǎn)的功能部件經(jīng)過近幾年的高速發(fā)展，水平提高很快，和進口產(chǎn)品相比，差距正逐步縮小，高速滾珠絲桿副的速度已能達到60m/min，在中檔和中產(chǎn)品上已能替代進口產(chǎn)品，尤其是在大型重載滾珠絲桿副方面，已形成自我配套能力，逐步替代進口產(chǎn)品。但是，由于國內生產(chǎn)廠家對功能部件的研究和試驗重視程度不夠，缺乏有力的數(shù)據(jù)說明，加之功能部件市場長期以來一直由國外產(chǎn)品把持，主機廠家對國內產(chǎn)品信任度不高，影響了國內功能部件產(chǎn)品的銷售。
圖4：于宙優(yōu)勵聶夫（南京）科技有限公司董事長
滾珠絲杠pk直線電機
蕭瑞華：直線電機是一種取代旋轉運動而產(chǎn)生直線運動的電機。推進力直接產(chǎn)生在運動部件（滑臺）上，不再需要用于將回轉運動轉換成直線運動的附加機構。因此其定位和重復精度較高，同時具有較高的速度和加速度。結構上較少的摩擦件保證了高可靠性。直線電機免維護，噪聲也較低。但是，采用直線電機的整個機器結構沒有緩沖，所以控制系統(tǒng)復雜，還需要采取防護措施解決磁鐵吸引切屑以及散熱等問題。價格也比滾珠絲杠貴。
滾珠絲杠傳動系統(tǒng)，在運行方向上具有較高的剛度，同時具有較高的精度和較低的噪聲，同直線電機相比具有更高的進給力，但是速度和加速度較低，維護要求也相對較高。
劉同：在滾珠絲杠和直線電機的認識上還存在一種誤區(qū)，認為把原來機床的絲杠換為直線電機就行了，雖然這可以簡化機床的機械結構，但并不一定意味著機械設計簡單。因為機床在高速運行的情況下，并不是一個*的剛體，會有一些變化，對于機床這種動態(tài)性能的研究國內還欠缺一些，從設計手段、設計方法上可能對這方面研究比較少。這樣就會造成國內一些現(xiàn)象，原來很有愿望去試驗一下這種高技術，就去試驗，結果試驗不好，就放棄了。也沒有深入研究為什么，或者從方法上去改進，這就是問題所在。
圖5：劉同西門子（中國）有限公司工業(yè)集團運動控制部系統(tǒng)專家
國外使用直線電機的時候也會遇到同樣的問題，如在運動過程中，主軸箱是方形的，但實際上在高速運行的情況下擺動了，精度就受到影響了。低速運行的時候可能不是很明顯，但高速的時候就體現(xiàn)出來了。直線電機技術用在機床上的時候需要與系統(tǒng)配套起來，而不僅是一個零件，目前可應用于汽車生產(chǎn)線24h的工作，因此這種動態(tài)的問題，是主機廠商今后需要迫切解決的問題。
在大型的設備中使用直線電機還是具有一定優(yōu)勢的，因為直線電機的次級是通過一段段連續(xù)拼接安裝在機床床身上的，可以預先計算出需要的比例，可以降低費用。
heinrichwillms：20世紀90年代直線電機作為機床驅動裝置進入了市場并被應用于數(shù)控機床上面。直線電機的zui大優(yōu)點在于300m/min的高速度。在速度這點上直線電機超過了滾珠絲杠近3倍。在超高速的運行條件下，直線電機占有的優(yōu)勢。
但滾珠絲杠相對直線電機又有著它*的優(yōu)勢：價格優(yōu)勢——滾珠絲杠的價格要遠遠低于直線電機，從生產(chǎn)成本上來講也是如此；低耗能——直線電機的耗能是滾珠絲杠的好幾倍，這意味著會帶來很多不經(jīng)濟的問題；高剛性——使用滾珠絲杠的機床剛性大于使用直線電機的機床；磁性——使用直線電機的機床在工作臺周圍形成很強的磁場，這種磁場會吸附鐵屑，對數(shù)控機床的生產(chǎn)過程產(chǎn)生負面的影響。
市場上除了直線電機和滾珠絲杠外還有其他一系列的直線傳動裝置，如齒條、液壓缸或者氣壓缸。滾珠絲杠在過去的幾十年中，由于它的經(jīng)濟性，低耗能和高剛性在該領域占據(jù)主導地位，*不斷增加，未來也將繼續(xù)扮演重要角色。
于宙：在高速和超高速加工中，要求高的動態(tài)特性和控制精度；瞬間達到高速和在高速運行中瞬間準停；振動小、噪聲低、運行平穩(wěn)；可靠性高、壽命長。在各類線性驅動元部件中，精密高速滾珠絲杠副和直線電機是大型、精密、高速數(shù)控裝備的快速伺服進給系統(tǒng)中能滿足上述要求的核心功能部件。
直線電機作為一種機電系統(tǒng)，具有高速響應、高定位精度、動剛度高、速度快、加減速過程短、行程長度不受限制、運動安靜、噪聲低、效率高的特點。將機械結構簡化，電氣控制復雜化，符合現(xiàn)代機電技術的發(fā)展趨勢。但直線電機也有很多不足，除了成本高以外，在全數(shù)字控制技術、散熱、隔磁、電磁干擾、零位方式、增大推力、降低能耗、部件模塊化等方面還有大量的基礎工作要做。
由于滾珠絲杠副優(yōu)良的滾動摩擦特性和傳動效率高（η=90%~95%）、傳動敏捷靈活等功能，使其具備提速的有利條件。因此，與直線電機相比，精密高速滾珠絲杠副不但具有成本低的優(yōu)勢，同時便于全數(shù)字控制、易于冷卻發(fā)熱量小、無電磁輻射、可實現(xiàn)較大的軸向推力、傳動效率高、部件模塊化已經(jīng)成熟等優(yōu)點，在很多領域直線電機無法代替或在相當長的時間內無法代替。
對安全和環(huán)保的貢獻
蕭瑞華：在安全性方面：首先，力士樂滑塊的承載能力嚴格按照iso標準確定并在實際測試條件下驗證，確保了數(shù)據(jù)的準確性；其次，力士樂的導軌系統(tǒng)具有*的承載能力能夠滿足峰值負載；在機床的z軸導軌系統(tǒng)上可以選配夾緊/剎車元件，這樣在突然斷電情況下保證避免z軸工作臺不會墜落傷人或損壞設備。
在環(huán)保方面：導軌系統(tǒng)與滾珠絲杠都采用輕油潤滑，污染較??；因為是滾動運行，因而油潤滑的消耗量很小，采用前置潤滑單元，補充潤滑周期可達10萬km。同傳統(tǒng)的滑動摩擦相比，滾動功能部件可以顯著的滑動軸承其摩擦力降低約90%，采用低摩擦密封的滾珠導軌的摩擦力可降低50%，因此所需的驅動功率也相應減小。小規(guī)格的產(chǎn)品也具有很高的負載能力。降低摩擦力，如100與125規(guī)格的滾柱導軌系統(tǒng)相比多種材質的產(chǎn)品（鋁/鋼）能顯著降質量，如eline導軌質量約降低60%，vkk進給模塊采用鋁質主體和套管，也一定程度上降低了功率消耗。
運動控制的整體解決方案
蕭瑞華：博世力士樂可以提供全套傳動、控制與移動的解決方案。
博世力士樂重載滾柱導軌導向系統(tǒng)是專門為重型機床、塑料機械、成型機械等研制的結構緊湊、滾柱支承的軸向導向產(chǎn)品。不同的精度等級，各承載方向上都具有*的承載能力（額定靜載荷可達200t）和*的剛度，特別適用于重載場合。導軌和滑塊在滾道區(qū)均采用精密加工，保證了在同一精度等級內任意互換。博世力士樂同時提供精密滾珠絲杠傳動系統(tǒng)，具有品種繁多的精密滾壓絲杠和預緊的與可調預緊的單、雙螺母，優(yōu)化設計的滾珠循環(huán)系統(tǒng)使噪音更低，運行速度更高。更多數(shù)量的滾珠保證了高額定載荷。
劉同：西門子作為自動化技術公司可以提供整體解決方案，更貼合機床應用。西門子與航空航天、汽車業(yè)合作都很廣泛，航空航天就是高速加工的一個典型應用，合作過程中用戶就會提出這樣或那樣的要求。我們要不斷發(fā)展去滿足這些要求，西門子有專門針對航空航天和汽車的應用部門，這樣推出的產(chǎn)品更適用一些。
西門子所強調的提供一整套的解決方案中，“一套”的概念與其他公司不同，規(guī)模不一樣，西門子除了可以提供一套針對機床的解決方案以外，還能夠提供一套針對生產(chǎn)線或是整個車間、工廠的解決方案，還有網(wǎng)絡化的東西，包括車間的現(xiàn)場總線的連接，還涉及車間級的工業(yè)以太網(wǎng)的硬件、軟件。
于宙：優(yōu)勵聶夫（南京）科技有限公司使用的vario500-8000旋銑機床，是目前世界*、zui大規(guī)格、zui高精度的滾珠絲杠硬旋銑機床。該機床選用了世界上的數(shù)控系統(tǒng)和位置監(jiān)測單元，具有5軸cnc控制、可4軸線性插補聯(lián)動、遠程故障診斷系統(tǒng)等功能，具有很強的實用性。
目前公司已形成了一條從外圓加工，熱處理到滾珠螺紋加工完整的特大型滾珠絲杠生產(chǎn)線，我們采用德國聶夫*的設計理念為用戶提供了大型數(shù)控鏜銑床用10m整根無對接滾珠絲桿副，解決了大型數(shù)控鏜銑床高精度和重載的要求，我們采用設計理念設計制造的高速重載滾珠絲杠副，其額定動載荷達到50t，額定靜載荷達到150t，已為電動注塑機廠家所選用。