滚珠丝杠是运动应用中的支柱,部分原因是它们的性能是如此可预测的,并且相对容易设计到机械中。在过去的几年中,制造和材料的进步提高了滚珠丝杠的性能,因此如今的OEM厂商可以以更低的成本获得更好的直线运动。
首先,最新一代的滚珠丝杠具有比以往更高的负载密度-通过较小的包装为OEM提供更高的容量。
“滚珠丝杠以小包装提供高负载能力,高效率和可靠的运行;医疗和自动化是使其小型化的主要驱动力。” Thomson Industries产品线专家Jeff Johnson说。
另一个驱动因素是机器人技术。“我们的滚珠丝杠花键的紧凑性推动了它们在机器人技术中的使用,”美国NB Corp.公司董事Larry Hansen说。
例子:去年年底,他的公司推出了一种旋转滚珠花键,直径为6至25毫米。汉森说:“任何人都可以制造大中型部件,但是我们的专业知识是缩小紧凑型系统并达到严格的质量标准,例如用于假肢或机器人手术室。”
其他人也报告了趋向小型化的趋势,但另外一个趋势是带有滚压和磨削螺丝的更快的滚珠丝杠。
“例如,有些滚珠丝杠带有保持架滚珠,而另一些带有滚珠丝杠的滚珠丝杠则具有一个无唇回切管,用于切向拾取。两项功能均可提高速度。” THK America公司工程经理Yoshiro Oishi说。“还有其他滚珠丝杠采用了更新的端板设计,并采用了更新的循环方法,因此它们的螺母更加紧凑。”后者的推力与以前的滚珠丝杠设计相同,但对于更高的机器生产率而言却更快。
更多中国制造
中国的滚珠丝杠生产不断增加,但仍有一些人质疑中国的滚珠丝杠质量。汉森说:“它们将成为未来不可忽视的力量,但目前一些中国滚珠丝杠的质量意味着,至少在日本,它们不受欢迎。” 根据汉森的说法,如今许多中国制造商用来制造滚珠丝杠的设备已经过时,而其他制造商则因为这些设备不再具有足够的精度而将其淘汰。
像中国这样庞大的市场很难被忽略,如果没有什么可比的工程师,那么他们可能就无法区分滚珠丝杠质量的水平。汉森说:“但是美国客户确实意识到质量上的差异,这就是我们在日本销售与在美国销售相同的滚珠丝杠花键的原因。”
其他人则认为,亚洲的滚珠丝杠制造商比以往任何时候都多,但他们强调确保性能的工作很多:“滚珠丝杠技术是先进材料科学和机械工程的结合,再加上制造艺术形式,没有多年经验就很难复制”,约翰逊说。
汉森认为,即便如此,中国制造商仍然通过廉价制造滚珠丝杠来影响市场,以至于其他国家的制造商没有投资资本设备来制造它们。主要是因为它们无法获得投资回报。这意味着当需求很高时,可能会出现滚珠丝杠短缺的情况。
负载能力和使用寿命
如前所述,过去十年来新的滚珠丝杠设计获得了比以往更好的动态负载能力,这在高负载应用或需要持续使用的应用中很有用。约翰逊说,在这里,一些高负荷滚珠丝杠使用专有螺纹将负荷能力提高到超过滚柱丝杠的能力。他补充说,许多工程师没有正确地等同于动态容量和滚珠丝杠寿命之间的关系。
动态容量是达到规定寿命的理论负载(例如,一百万英寸的线性行程),而不是组件的工作负载极限。将动态容量加倍可使寿命增加八倍。约翰逊说:“这对于运行24/7且具有高转数或线性行程要求的应用很重要。”
对于新应用,Hansen引用了一种滚珠丝杠设计,该滚珠丝杠设计具有能够定位,线性和旋转运动的单轴。这减少了设计的体积和重量。汉森还表示,与其他小型滚珠丝杠不同,NB的小型滚珠丝杠花键经硬化处理,使其更耐用,更持久。市场上的其他产品则进入了大批量消费产品,而低价比长寿更重要。结果是寿命较短的设计。汉森举了一个例子:如果您的家用办公室打印机在两年后坏了,您致电制造商,代表可能会问:“您已经使用了一段时间了,您对此有何期待?”
相反,高端滚珠丝杠是包括机器人技术在内的高负载工业应用中必不可少的组件。考虑使用直角坐标系的机器人,具有多轴连接的线性运动组件(例如滚珠丝杠和电机)的组件来定位负载或工具。Yamaha Robotics的控制工程师Jeff Henshaw说:“作为集成商,我很欣赏笛卡尔机器人,该机器人通过Rankin Corp在美国销售。 。这种机器人的运行速度不及平均SCARA,但确实减少了控制器必须控制的点数,因此成本更低。”此外,它具有较高的有效载荷和出色的可重复性。
从某些行业专业人士的角度来看,机床和半导体是两个主要行业。
Oishi表示:“他们长期以来一直使用直线运动导轨,以实现高精度和高刚性……我们将继续与他们开展大量业务。” “我们还看到了3D打印机和机器人行业的增长,这些行业需要具有高刚度和精度的紧凑型线性运动设备。” Oishi表示,与十年前不同的应用包括线性运动的使用。外科机器人,建筑物的隔震系统,人形机器人和消费类应用中的导轨和集成执行器-厨房橱柜和抽屉,冰箱和3D打印机等。
滚珠丝杠的另一个趋势是,多种制造工艺使设计师可以选择使滚珠丝杠的性能与应用要求相匹配(并提高滚珠丝杠组件的价值)。约翰逊说:“螺母和螺钉的组合决定了组件的精度和可重复性,尽管在尺寸范围的两端都存在设计和制造方面的挑战。” 但是,通过多种制造滚珠丝杠的方式和多种制造滚珠螺母的方式,可以实现大量的定制。
“我们还制作了直线运动导向装置,可大幅减少装球和装球时的微小位移,这种现象称为波动。这些提高了精度,足以为最终用户提供经济实用的静压轴承替代产品。” Oishi说。
滚珠丝杠执行器
过去,很少有提供直接与电动机耦合的执行器。“但是现在,我们出售杆式和滑动式执行器,它们具有多合一的功能。两种类型都有电源插座,可以快速连接到公司的驱动器,而驱动器又运行可简化编程的新软件。” Oishi补充说。这是因为集成运动执行器已在所有行业中广泛使用,因为许多最终用户从使用组件切换为使用集成执行器,以最大限度地减少设计和制造时间。
Oishi说:“设计系统的工程师并不总是线性运动专家,因此他们使用集成式平台或执行器来花费更多的时间进行与功能相关的设计。” “更具体地说,执行器设计朝着多合一封装的趋势使制造商可以花费更少的时间进行执行器本身的组装,接线和编程,从而减少了制造提前期。”