滚珠丝杠：应用广泛的激光切割机械

激光被誉为二十世纪最重大的科学发现之一，刚一问世就引起材料科学家高度重视。1971年美国通用汽车公司率先使用一台250W C02激光器进行利用激光辐射来提高材料耐磨性能的试验研究，并在1974年成功完成了汽车转向器壳内表面激光淬火工艺研究，淬硬部位的耐磨性能比未处理之前提高10倍。多年以来世界各国投入了大量资金和人力进行激光器、激光加工设备和激光加工对材料学的研究，促使激光加工得到飞速的发展，如今在中国，激光技术已在工业、农业、医学、军工以及人们的现代生活中得到了广泛应用并且正在逐步实现激光­­­­技术的产业化，国家也将其列为“九五”攻关重点的项目之一。数控化和综合化把激光器和计算机数控技术、先进的光学系统以及高精度和自动化的工件定位相结合，形成研制和生产加工中心，已成为激光加工发展的一个重要趋势。

激光切割的关键技术是光、机、电一体化的综合技术。激光束的参数、机器和数控系统的性能及精度都直接影响激光切割的效率与质量，对于切割精度较高、厚度较大的零件，须掌握和解决几项关键技术：

一. 焦点位置控制技术。在生产中确定焦点位置的简便方法有：

(1) 打印法：切割头从上往下运动，在塑料板上进行激光束打印，打印直径最小处为焦点。

(2) 斜板法：用与垂直轴成同一角度斜放的塑料板使其水平拉动，寻找激光束的最小处为焦点。

(3) 蓝色火花法：去喷嘴，吹空气，将将脉冲激光打在不锈钢板上，切割头从上往下运动，直到蓝色火花最大处为焦点。

二. 切割穿孔技术。热切割技术，除少数情况外一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔，然后再用激光从小孔开始切割。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔方法：

(1) 爆破穿孔：材料经过连续激光的照射后在中心形成一凹坑，然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一孔。

(2) 脉冲穿孔：采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化，用空气或氮气为辅助气体，减少因放热氧化使孔扩展，气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射，逐步深入，所以厚板穿孔的时间需要几秒钟。穿孔完成后，辅助气体立即换成氧气切割。

三. 喷嘴设计及气流控制技术。切割钢材时，氧气和聚焦的激光束是通过喷嘴射到被切材料处，形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大，速度要高，以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应；又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。­­­­

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的多门加工技术，研究范围一般可分为：

1.  激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。

2.  激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。

目前已成熟的激光加工技术包括：激光快速成形技术、激光焊接技术、激光打孔技术、激光切割技术、激光打标技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。

导轨的选用

导轨按运动轨迹可分为直线运动导轨和圆运动导轨；按工作性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和调整导轨；按接触面的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨等三大类。直线滚动导轨有广泛的应用，相对滑动导轨而言，有以下几方面优点：

(1) 定位精度高。直线滚动导轨可使摩擦系数减小到滑动导轨的1/50。由于动摩擦与静摩擦系数相差很小，运动灵活，可使驱动扭矩减少90%，因此，可将机床定位精度设定到超微米级。

(2) 大幅度节约电力。由于摩擦力较小，特别适用于反复进行起动、停止的往复运动，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，减轻了重量，使机床所需电力降低90%，具有大幅度节能的效果。

(3) 可提高机器的运动速度。直线滚动导轨由于摩擦力小，因此发热少，可实现高速运动，提高工作效率20~30%。

(4) 可长期维持机器的高精度。对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度的误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小，滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使直线滚动导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，大多数情况下只需脂润滑就足够了，这使得在机器的润滑系统设计及使用维护方面变得非常容易。

滚珠丝杆副特点

(1) 传动效率高。滚珠丝杆传动系统的传动效率高达90%~98%，为传统的滑动丝杆系统的2~4倍，能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动。

(2) 运动平稳。滚珠丝杆传统系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。

(3) 高精度。滚珠丝杆传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杆进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。

(4) 高耐用性。钢球滚动接触处均经硬化处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。

(5) 同步性好。由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杆传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。

(6) 高可靠性。与其他传动机械，液压传动相比，滚珠丝杆传动系统故障率很低，维修保养较简单，在特殊场合可以在无润滑状态下工作。

(7) 无背隙与高刚性。滚珠丝杆传动系统采用歌德式沟槽形状使钢珠与沟槽达到最佳接触以便轻易运转。若加入适当地预紧力，消除轴向间隙，可使滚珠有更佳的刚性。

(8) 减少滚珠和螺母、丝杆间的弹性变形，达到更高的精度。

现代制造技术的发展突飞猛进，一批又一批的高速数控机床应运而生，不仅要求有性能卓越的高速主轴，而且也对进给系统提出了很高的要求，最大进给速度要高、加速度要高、动态性能要好。

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