2.4.1 高速直线进给传动方式分析

1．伺服电动机+滚珠丝杠副传动方式[10，12]

众所周知，传统的数控机床进给系统的传动方式是旋转伺服电动机+滚珠丝杠副。这一传动方式包括：伺服电动机、联轴节、丝杠支撑轴承、推力轴承、螺母托架、丝杠和螺母等元件。其最大进给速度υfmax为

式中，nmax——伺服电动机的最高转速，r/min；

P——丝杠导程，mm。

最大进给加速度amax为

式中，Mmax——伺服电动机的最大扭矩，N⋅m；

J——传动系统的转动惯量，kg⋅m2；

m——移动部件的质量，kg。

由式（2-1）和式（2-2）知：要获得较高的进给速度υfmax和加速度 amax，必须增大丝杠导程P、伺服电动机扭矩Mmax和转速nmax以及减小移动部件的质量m。

一般情况下，伺服电动机的转速约为2000～2500r/min，丝杠的导程P约为10～15mm，可能实现的进给速度υf约为20～30m/min，加速度只有0.1g～0.3g。目前，普通滚珠丝杠副的最大进给速度也不过40m/min，最大加速度为0.5g；如为高精度滚珠丝杠副，其最大进给速度可达120m/min，最大加速度也只能达到1g～1.5g。

如采用增大丝杠导程P、减小移动部件的质量m和转动惯量J的办法，从理论上讲也可使υfmax 和 amax 增大，但此时进给系统的静刚度 KJ 与导程 P 的平方成反比，即 可见随着导程P的增大，静刚度KJ会迅速降低，这样会直接影响机床的加工精度；再加上滚珠丝杠机构本身存在的传动误差和磨损，以及大的转动惯量、爬行和反向死区等问题，要想再提高它的进给速度和加速度已经是非常困难的事了，必须采用别的传动方式才行。

2．直线电动机传动方式

为满足前述要求，1993年直线电动机传动的进给系统应运而生。用直线电动机直接驱动机床的工作台，可取消从电动机到工作台之间的一切中间传动环节，与电主轴一样把传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”[11]。这是一种较理想的传动方式。为提高精度并降低成本，可采用如图2.8 所示的动短初级、定长次级的直线电动机传动方式。

直线电动机传动方式与滚珠丝杠副传动方式的性能比较见表2-4。