液体静压丝杠驱动装置

近年来，直线电机和高承载、无磨损的液体静压丝杠驱动装置成为替代滚珠丝杠驱动系统的新方案。将保持丝杠螺母与丝杠之间油膜厚度几乎恒定不变的液压流量调节器同伺服电机结合使用，可用作金属切削机床工作台的驱动装置，尤其适于在精加工领域中使用。

随着同步直线电机的出现和Hyprostatik Sch?nfeld有限责任公司高承载、无磨损的液体静压丝杠驱动系统的研发成功，人们逐渐认识到滚珠丝杠驱动系统的缺点。

液体静压丝杠驱动装置除了具有高精度和高可靠性的优点外，与滚珠丝杠驱动装置一样，也能把伺服电机的旋转运动转变成直线运动。液体静压丝杠驱动装置的螺母在改进型梯形螺纹丝杠齿面的油膜上运动（见图1），丝杠与螺母间的相对运动是没有间隙的。而维持油膜厚度所需要的供油量则由申请了专利的PM调节器（步进调节器）进行控制。因此，静压油膜的厚度几乎恒定不变，且与负载大小和运动速度无关。这样螺母和丝杠的整体刚度就比滚珠丝杠传动系统平均提高了两三倍，而且做到了无间隙运动。

图1 在液体静压丝杠驱动装置中，螺母（右侧）是
通过丝杠齿面上的油膜来传动的。因此这种传动
是一种无磨损的且与负载和运动速度无关的传动

螺母上共有8个PM步进调节器，可根据液压泵和步进调节器油池间的压力差自动供油，无需辅助能源。用户只需将过滤好的液压油倒入油箱，并保持丝杠驱动装置的规定压力即可。

液体静压丝杠的摩擦力非常小，而且与转速成正比，因此在运动换向时驱动力矩不会突然变化。这恰恰是实现高精度定位运动、轨迹运动以及微小距离运动和精确的低速运动所必需的前提条件。在遇到动载荷时，液体静压丝杠的作用就如同一个带有外置减振器的减振装置，令机床的运行非常平稳且噪声很低，滚珠丝杠传动机构中存在的振动在这里消失的无影无踪。

液体静压丝杠驱动装置的刚性高于直线电机

直线电机的刚性是驱动装置轴承调节机构与线性导轨共同作用的总和。直线电机的刚性在没有轴承调节回路时等于零，在承受静载荷时非常高。这也适用于利用线性导轨控制的带有液体静压丝杠驱动装置（德文缩写HGT）的系统。

控制系统的反应时间、位移检测及电磁场生成等因素引起的时间延迟使直线电机的“动态”刚性变得很低。据一家直线电机生产厂透露，直线电机的动态刚性在30N/μm（工作台质量100kg）到120N/μm（工作台质量600kg）范围内是没有频率数据的。由于缺少缓冲，当工作台负载波动时就可能出现共振。

而公称规格为50的液体静压丝杠驱动装置的刚性则不同于直线电机：包括螺纹丝杠的弹性在内，丝杠单侧承受负载时的动态刚性达到了约500N/μm，丝杠的有效工作长度为400mm。

在高缓冲性能和高惯性矩的共同作用下，这种驱动装置有着比直线电机更小的振动运行距离或更小的动态定位误差。而且，由于液体静压丝杠具有极佳的缓冲性能，所以即使出现振动也会很快被消除。

液体静压丝杠驱动装置和直线电机都没有受零部件限制的加速极限。液体静压丝杠的最大加速度与被驱动物体的质量和推动力有关，且其使用寿命与加速度无关。而直线电机则必须对其自身的惯性矩和丝杠传动机构加速。现代化的伺服电动机能够对质量为500~1000kg的工作台在500~1000mm的长度上进行加速，加速度范围为16~34m/s²。而对于性能优化了的短行程工作台，其加速性能也明显提升，能够提供更高的加速度。另外，利用直线电机进行驱动的机床，其工作台的运动速度还受断电时设备控制能力的限制，如出现碰撞及意外事故时的断电。

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