另一种实现齿条-齿轮传动的间隙自由的可能性是通过用两个相反方向的电动机驱动小齿轮来施加张力。主电机采用高转矩传递动力，而第二电机则通过较小的转矩来消除间隙。图14显示了扭矩线。

图14.带电动预载的无间隙齿条齿轮系统。

图15.滚珠丝杠系统的结构。

3.2.滚珠丝杠传动

滚珠丝杠是目前机床进给驱动中最常用的。滚珠丝杠驱动的特点是高效率（h=95-98％），因此具有低加热，低磨损和高使用寿命而没有粘滑效应[73]。滚珠丝杠传动由两端由推力轴承支撑的螺杆和带循环球的螺母组成（图15）[57]。螺母连接到桌子上。滚珠丝杠的一端直接或通过齿轮/皮带减速机构连接到旋转电机。如图16所示，通过调整垫片，使引线之间产生偏移或使用超大尺寸的球体，螺母被预加载[42]以避免间隙。以均匀间隔研磨螺距相当困难，并且螺距误差以除非他们得到补偿[43,57,78]。

图16.滚珠丝杠和螺母机构。

图17.球循环系统[Hiwin，WZL]。

DIN标准[31,32]和[33]描述了滚珠丝杠传动装置的设计，计算和验收条款。长度大约为12米的滚珠丝杠传动可用于长行程冲击的机床。取决于应用，螺杆直径和螺距可能分别在16和160毫米之间，以及5和40毫米之间变化。目前的滚珠丝杠驱动器可以提供高达100米/分钟的行驶速度以及2克的加速度。优化滚珠丝杠传动设计[47]，减少摩擦和磨损的滚珠涂层，偏转和螺母预加载控制[107]，显着提高了滚珠丝杠传动的速度和精度性能。根据图17所示的内部或外部再循环设计原理，滚珠在螺钉和螺母的导槽之间滚动。外部滚珠循环通过再循环管或通道实现。该管的适应性设计允许球离开轴承螺母区域并更切向地进入，从而实现更均匀和平稳的流动以及更高的速度。这种设计的一个显着缺点是再循环管可能发生的轻微损坏，这会妨碍球运输并导致螺母系统的损坏。基于再循环通道的系统可以细分为各种类型，例如端盖再循环或前端再循环。内部循环系统通过每个螺纹末端的通道引导滚珠。虽然这种设计具有占用空间较小的优点，但不利的球入口和出口角度对均匀轧制和噪音发展具有不利影响。

进给电机和机械部件的设计最初只考虑系统的刚体动力学和静态刚度。根据应用要求，确定滚珠丝杠，螺母，轴承，电机扭矩，额定电机转速，主轴间距和传动比的设计参数的适当组合。

5.电气驱动

5.1.介绍

如图22所示，各种电机用于机床。通常同步永磁交流伺服驱动器用于进给驱动，而异步电机通常用于主轴。起初，异步驱动因其过载能力和用于进给驱动的同步驱动而成为主轴驱动被广泛接受，因为它们的效率和相关的较低发热。20世纪70年代，同步电机成为饲料驱动的主导。20世纪80年代开发出用于大行程和直线直接驱动的滚珠螺母螺旋驱动器。后者使得从旋转运动到平移运动的机械转换变得多余。新的电力驱动概念，如横向或轴向磁通[49]驱动器尚未普遍使用。典型的进给驱动器的额定功率高达20kW，转速范围高达8000rpm，而主轴驱动器可以达到100kW的功率和20-60,000rpm的角速度。

5.2.永磁交流同步和交流感应电机

永磁同步电机（PMSM）在机床驱动中应用最为广泛。类似于无刷直流电机，PMSM具有永磁转子和定子上的绕组。PMSM由场定向控制（FOC）产生的正弦电流驱动。高转矩电机可以提供更多30,000Nm的扭矩[122]。一些制造商提供比标准设计更高惯性的电机，以便获得更有利的电机/负载惯量比，从而在惯性变化的进给驱动器中实现更好的动态性能。近年来旋转同步电机的进一步发展导致了功率的提高以及嵌入转子中的稀土磁体减少了齿槽效应。在精心设计的电机中，齿槽效应小于运行转矩的1％。