滚珠丝杠调研报告_滚珠丝杠市场调研报告

2020-02-28 调研报告下载本文

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调研报告

1.课题的来源及意义

滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。

早在19世纪末就发明了滚珠丝杠副，但很长一段时间未能实际应用，因制造难度太大。世界上第一个使用滚珠丝杠副的是美国通用汽车公司萨吉诺分厂，它将滚珠丝杠副

[1]用于汽车的转向机构上。1940年，美国开始成批生产用于汽车转向机构的滚珠丝杠副，1943年，滚珠丝杠副开始用于飞机上。精密螺纹磨床的出现使滚珠丝杠副在精度和性能上产生了较大的飞跃，随着数控机床和各种自动化设备的发展，促进了滚珠丝杠副的研究和生产。从50年代开始，在工业发达的国家中，滚珠丝杠副生产厂家如雨后春笋般迅速出现，例如：美国的WARNER-BEAVER公司、GM-SAGINAW公司；英国的ROTAX公司；日本的NSK公司、TSUBAKI公司等。我国早在50年代末期开始研制用于程控机床、数控机床的滚珠丝杠副。[2]40多年来，由于滚珠丝杠副具有高效率、高精度、高刚度等特点，被广泛应用于机械、航天、航空、核工业等领域。现在，滚珠丝杠副已成为机械传动与定位的首选部件。

由于滚珠丝杠副的使用不断普及，使用领域不断扩大，对滚珠丝杠副的要求也越来越多，普通规格的滚珠丝杠副已远远满足不了使用要求，如航天航空领域、小型精密测试装置、电子仪器以及半导体装置等基本上都需要公称直径d0≤12mm，导程Ph=0.5～2.5 mm的微型滚珠丝杠副。日本NSK公司已开发出公称直径d0=4mm，导程Ph=0.5mm的世界最小导程微型滚珠丝杠副。半导体插件装置、小型机器人等需要微型大导程滚珠丝杠副，以满足高速驱动要求。

随着机械产品向高速、高效、自动化方向发展，工业机器人、数控锻压机械、加工中心以及机电一体化自动机械等，其进给驱动速度不断提高，大导程滚珠丝杠副的出现，满足了高速化的要求。日本NSK公司已开发出公称直径×导程为：15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm、25mm×80mm超大导程滚珠丝杠副，快速进给速度达180m/min。

可以看出国外对这类高精度、微进给、无间隙、刚性高、高可靠性、高耐用性的传动机件发展特别重视。发展的也特别快速，是以后的行业新型机件。国家发改委重点评审设计项目中也包含滚珠丝杠的研发项目。[3]

2.国内的发展情况

近年来，我国的数控机床发展很快，产量上有了一个大的飞跃，2003年数控金切机床产量达36813台，是2000年14053台的2.6倍。但是，我国机床工业的整体发展水平和西方发达国家的差距不但没有缩小，反而有进一步拉大的趋势。这一状况已经严重影响和制约了我国关键工业部门的快速发展。为此，在2004年初，国务院领导着重批示了关于加快发展国产数控机床发展的要求，而对于数控机床的关键核心传动部件——滚珠丝杠副的发展，也相应提上了重要日程。

自1964年我国自行研制出第一套滚珠丝杠副以来，随着产品的应用范围的不断扩大及制造水平逐渐提高，滚珠丝杠副制造技术主要经历下面几个发展阶段：

1)起步——行业标准的制定（1964-1982年）

在这一阶段，以北京机床研究所、南京工艺装备制造厂和南京理工大学为主，主要瞄准日本等先进产品技术进行模仿创新，并逐渐形成具有中国特色的产品工艺格局。此时，我国滚珠丝杠副在结构设计上主要是端盖、螺旋槽、插管等外循环方式，加工工艺还处在一个摸索的时期。受基础工业较为薄弱的制约，用于加工滚珠丝杠的专用工作母机螺纹磨床的精度较低，行业内还没有专用的检测设备，因此，制造出的产品大多只满足低精度传动用的场合。经过这一阶段的漫长时间的努力和摸索，以行业标准JB3162-1982《滚珠丝杠副》的诞生，代表了我国滚珠丝杠副的发展越过了原始起步阶段，同期内，滚珠丝杠副也基本形成较为成熟的加工工艺，相应带动和促进了国内螺纹磨床、激光检测设备的发展。

2)发展——部颁标准的形成（1982-1991年）

随着国内机床行业对滚珠丝杠副的应用逐步推进，以及国家在“七五”、“八五”期间对重点骨干企业的大力扶持，逐步形成以南京工艺装备制造厂为主要生产基地的全国专业化配套厂。此外，螺纹磨床制造业的发展和检测设备的不断完善，加上行业内部分企业积极与一些发达国家进行技术合作，滚珠丝杠副产品在结构设计上逐步采用内循环方式，丝杠制造在热处理工艺上实现了突破，高中频感应淬火技术在滚珠丝杠加工中的运用改变了原来整体淬火的不足。因此，在这一阶段，部分企业的产品无论是在精度和性能上，还是在制造规模上，都取得了突飞猛进的发展，滚珠丝杠副也逐步被应用于普通机床和中低档数控机床定位。在行业标准JB3162-1982《滚珠丝杠副》基础上，行业内骨干企业通过与机床厂家、科学院所的通力合作终于完成较为详细的部颁标准JB3162-1991《滚珠丝杠副》的修订。

3)成熟——国家标准的制定（1991-1998年）

滚珠丝杠副作为一个实现数控机床直线传动必不可少的核心功能部件，它的发展也越来越得到业内的重视，在“八五”、“九五”期间，该行业在国家部委及一些省市的重视和支持下，不少企业先后从一些发达国家引进关键的加工和检测设备，如瑞士REISHAUER公司及德国LINDEN公司的高精度螺纹磨床、英国MATRIX公司高精度内螺纹磨床、德国AEG公司数控中频淬火机床等世界一流的冷热加工设备，这些都使得滚珠丝杠副的制造工艺水平迅速提升到国际一流的制造水平。经过这一阶段的发展，部分企业已经能够批量生产P1级高精度滚珠丝杠副、行业内制定了相应的滚珠丝杠副国家标准GB/T17587-1998《滚珠丝杠副》，该标准等效于ISO3408；这标志着我国国产滚珠丝杠副的制造标准已经完全与国际标准完全接轨。

4)赶超世界潮流（1998年-）

及近年来，各行各业对加工设备的自动化程度要求越开越高，尤其是国产主机、整机的产业化，促进当前市场需求的扩大，这给滚珠丝杠副带来了空前的发展机遇。但伴随着我国进入WTO以后，国内快速发展的应用市场导致全球各先进的生产制造厂家纷纷进

军中国，产品的竞争提前步入国际化。这对我国的国内企业来说，既是一个大发展、赶超世界潮流的机遇，也是一个生死攸关的残酷竞争。

总的来说，我国滚珠丝杠副经过40多年的发展，目前已经具备了满足国内绝大部分的市场需要，为国民经济和关键核心工业的发展配套取得了巨大成功和辉煌业绩。滚珠丝杠副的自身发展正在伴随数字化控制技术的广泛应用而不断走向高速度、高性能、复合化、环保型的新时代。[4]

3.研究目标和研究内容

本文依照当前国内外滚珠丝杠的研究现状和生产厂家的需求，查阅了大量的相关文献，据此将研究重点放在设计一台用滚珠丝杠作为主要部件的工业机械手，主要工作如下几个方面：

（1）总结现有滚珠丝杠、步进电机型号与机械手用途，并在此基础上进行设计和改进；

（2）选用合适传动方法，保证经济、高效的完成设计内容要求；

（3）进行数字控制（PLC）模块的功能设计，实现具体功能；

（4）进行机械部分及手爪模块的结构设计；

（5）进行机械手整体结构设计，并进行结构优化设计。

4.主要参考文献