機床正向高速、高效和復(fù)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(guān)注。
機床高速發(fā)展的有力保障
Heinrich Willms先生：在過去的數(shù)年中機床發(fā)展一直向著高速，高效和復(fù)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(fù)合機床的發(fā)展需要，滾珠絲杠的發(fā)展也有了新方向，最新機床使用領(lǐng)域的開發(fā)對滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了新的要求，如為了減小自身重量而設(shè)計出的空心滾珠絲杠，為了增加相對運行速度而設(shè)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(jié)構(gòu)適合任何一款機床設(shè)備的需要。
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(lǐng)域就迫切需要高效，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(shè)備。這為滾珠絲杠在超高負載領(lǐng)域的新發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
大倉勝利先生：當前機床的發(fā)展趨勢無疑是高速化、復(fù)合化。THK自1972年剛開始研發(fā)LM導(dǎo)軌時起，就已經(jīng)著手機床的高速化了。將傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)向機構(gòu)改變?yōu)闈L動導(dǎo)向機構(gòu)，使得機件的移動速度提高了2倍多，目前的高速機床中LM導(dǎo)軌已成為必備部件。LM導(dǎo)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(zhuǎn)，從而轉(zhuǎn)化為軸向驅(qū)動，這時的滾珠絲杠有兩個作用：一是驅(qū)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?qū)С?每轉(zhuǎn)的移動距離)而異。通過螺距將電機的旋轉(zhuǎn)周向力轉(zhuǎn)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。
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(qū)動中的旋轉(zhuǎn)運動，不受離心力等的影響，因此速度可達絲杠驅(qū)動時的2倍以上。今后以線性電機為主要應(yīng)用領(lǐng)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。
于宙先生：目前，國內(nèi)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，在中檔和中高檔產(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(nèi)生產(chǎn)廠家對高端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，加之高端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(nèi)產(chǎn)品信任度不高，影響了國內(nèi)功能部件產(chǎn)品的銷售。
滾珠絲杠PK直線電機
蕭瑞華先生：直線電機是一種取代旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動的附加機構(gòu)。因此其定位和重復(fù)精度較高，同時具有較高的速度和加速度。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)沒有緩沖，所以控制系統(tǒng)復(fù)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。
劉同先生：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(jié)構(gòu)，但并不一定意味著機械設(shè)計簡單。因為機床在高速運行的情況下，并不是一個完全的剛體，會有一些變化，對于機床這種動態(tài)性能的研究國內(nèi)還欠缺一些，從設(shè)計手段、設(shè)計方法上可能對這方面研究比較少。這樣就會造成國內(nèi)一些現(xiàn)象，原來很有愿望去試驗一下這種高技術(shù)，就去試驗，結(jié)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。
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(shù)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(yīng)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(shè)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(yù)先計算出需要的比例，可以降低費用。
Heinrich Willms先生：20世紀90年代直線電機作為機床驅(qū)動裝置進入了市場并被應(yīng)用于數(shù)控機床上面。直線電機的最大優(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，直線電機占有無與倫比的優(yōu)勢。
但滾珠絲杠相對直線電機又有著它獨特的優(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(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，市場份額不斷增加，未來也將繼續(xù)扮演重要角色。
于宙先生：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(qū)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(yīng)、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(jié)構(gòu)簡化，電氣控制復(fù)雜化，符合現(xiàn)代機電技術(shù)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(shù)、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(chǔ)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(lǐng)域直線電機無法代替或在相當長的時間內(nèi)無法代替。
對安全和環(huán)保的貢獻
蕭瑞華先生：在安全性方面：首先，力士樂滑塊的承載能力嚴格按照ISO國際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(dǎo)軌系統(tǒng)具有極高的承載能力能夠滿足峰值負載；在機床的Z軸導(dǎo)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(shè)備。
在環(huán)保方面：導(dǎo)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(dǎo)軌的摩擦力可降低50%，因此所需的驅(qū)動功率也相應(yīng)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(dǎo)軌系統(tǒng)相比多種材質(zhì)的產(chǎn)品(鋁/鋼)能顯著降質(zhì)量，如eline導(dǎo)軌質(zhì)量約降低60%，VKK進給模塊采用鋁質(zhì)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
蕭瑞華先生：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(dǎo)軌導(dǎo)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(jié)構(gòu)緊湊、滾柱支承的軸向?qū)虍a(chǎn)品。不同的精度等級，各承載方向上都具有極高的承載能力(額定靜載荷可達200t)和極高的剛度，特別適用于重載場合。導(dǎo)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(nèi)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(yù)緊的與可調(diào)預(yù)緊的單、雙螺母，優(yōu)化設(shè)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。
劉同先生：西門子作為自動化技術(shù)公司可以提供整體解決方案，更貼合機床應(yīng)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(yīng)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(yīng)用部門，這樣推出的產(chǎn)品更適用一些。
西門子所強調(diào)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(luò)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。
于宙先生：優(yōu)勵聶夫(南京)科技有限公司使用的Vario500-8000旋銑機床，是目前世界首臺、最大規(guī)格、最高精度的滾珠絲杠硬旋銑機床。該機床選用了世界上最先進的數(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，我們采用德國聶夫先進的設(shè)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，我們采用最新設(shè)計理念設(shè)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。
