解決滾珠絲杠副實現(xiàn)高速化主要矛盾

      1.發(fā)展熱補償及熱抑制技術(shù)

       滾珠絲杠副的發(fā)熱量由摩擦力矩及轉(zhuǎn)速求得，定位精度與絲杠熱膨脹有關(guān)。當進給速度高時，滾珠絲杠副產(chǎn)生的熱量無法實時散發(fā)而造成溫升，引起滾珠絲杠變形。長時間加工時無法確保工件與刀具的相對位置，使加工精度降低。一般常用的方式是利用絲杠預拉伸來補償，或采用中空絲杠利用冷卻液從中間帶走熱量，減小變形，縮短了達到溫度穩(wěn)定狀態(tài)的時間。其他的熱變形對策還有絲杠氣冷、絲杠螺母雙注油孔，頭尾軸承座強制油潤滑等來排除熱量。如絲杠披覆材質(zhì)、遮熱板、熱對稱結(jié)構(gòu)、熱源空間布置等熱抑制技術(shù)亦值得考慮。據(jù)有關(guān)試驗表明：當未采取減噪、減振措施時，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速每增加1000r/min,噪聲增高4~5dB(A),滾珠螺母溫度升高5~6℃。只用增加絲杠的轉(zhuǎn)速來提高進給驅(qū)動速度是不明智的。在高速運轉(zhuǎn)時絲杠軸的熱變形是加工誤差的來源之一。同時為了提高系統(tǒng)剛性對絲杠軸預拉伸也會產(chǎn)生熱量。解決發(fā)熱問題的有效辦法是將冷卻液通人空心絲杠內(nèi)部進行強制循環(huán)冷卻。空心絲杠軸還有助于減小高速運轉(zhuǎn)時的慣性，增加絲杠軸的扭曲剛度。國內(nèi)多家骨干企業(yè)完成了大型空心滾珠絲杠的深孔加工，并從中摸索出合金鋼精密深孔工藝的經(jīng)驗，可提高速滾珠絲杠生產(chǎn)中推廣應用。

        2.解決滾珠循環(huán)系統(tǒng)強度問題

        在滾珠的轉(zhuǎn)速加快時，反復的沖擊力會使?jié)L珠絲杠副的滾珠循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)減弱。往往造成循環(huán)系統(tǒng)中反向器因沖擊疲勞而容易斷裂。解決方式除加強反向器強度設(shè)計外，亦可修改循環(huán)路徑，可使?jié)L珠絲杠Dn值提升70%.另外在評估高速循環(huán)系統(tǒng)路徑與新的滾道面設(shè)計時，除考量路徑曲率連續(xù)性之外，還應考量滾珠高速回轉(zhuǎn)的離心力效應而予以修正滾道面外形。為減小離心力，可采用兩種方式：小滾珠直徑及采用輕量滾珠。

       3.采取降低噪聲與抑制振動措施

       高速進給噪聲的來源主要有滾道面表面粗糙度、滾道面形狀、轉(zhuǎn)速和滾珠與滾珠碰撞等，由此可見Dn值與滾珠大小是重要因子。增大導程、降低轉(zhuǎn)速是降低噪聲的方式之一，但增大導程會影響滾珠數(shù)與螺母長度，可用多頭螺紋與多圈數(shù)克服。另外，滾珠絲杠副回轉(zhuǎn)時的共振現(xiàn)象亦應考慮，它與兩端固定的方式有關(guān)。對于高速運行條件應以固定一固定方式安裝為宜，配合前述的中空軸的設(shè)計不僅有散熱功能，亦可利用軸內(nèi)液體減振，同時危險速度也提高了27%.滾珠絲杠配合高速小慣量伺服電動機，可使進給速度達40m/min以上，加速度提高至0.5-1g(因為加速度與滾珠絲杠副加伺服電動機的慣性矩成反比）。螺母滾道面的加工精度影響高速進給的精度與噪聲。在兼顧高速化及高精度化條件下，采用多頭螺紋與多圈數(shù)是有效提高精度、降低噪聲的方式之一，能有效地降低噪聲20%.

        4.解決螺旋滾道面潤滑油膜變形造成潤滑不均問題

        高速回轉(zhuǎn)除因離心力易造成潤滑不足外，高速進給伴隨著高加減速運動，根據(jù)試驗在角加速度1500rad/s2時可能使?jié)L珠由滾動轉(zhuǎn)為滑動，即容易破壞油膜厚度的不穩(wěn)定性造成潤滑不均導致加劇磨耗和溫升。高轉(zhuǎn)速時，潤滑油膜不易建立，須采用特殊潤滑方式，可仿照高速軸承采用強制循環(huán)潤滑方式。為減小摩擦力，潤滑油應采用低粘性油。此時，潤滑性會降低，所以必須添加如抗沫劑等可改善潤滑油的添加劑。

        5.考慮預緊力變化對高轉(zhuǎn)速滾珠絲杠副進給速度影響

        一般中低轉(zhuǎn)速滾珠絲杠副注重精度及剛性，高轉(zhuǎn)速滾珠絲杠副注重進給速度，兩者必有不同的預壓機制。雖然很難獲得精確的預壓力值，但以各種不同的預壓彈簧力配合壓縮距離可得到預緊力大小的特征值，進而與測量溫升值進行比較。此外，滾珠絲杠副的高加減速問題亦應一并考量。高速化引起的加速度增大是無法避免的。特別是綜合加工中心需要高加減速驅(qū)動時，滾珠絲杠副單位時間的反復負荷也變大，其所產(chǎn)生的慣性力會誘發(fā)結(jié)構(gòu)體的振動而降低疲勞壽命，設(shè)計時應該提高大負荷容量和高剛性來適應。

        6.綜合考慮滾珠絲杠軸系的系統(tǒng)剛度和絲杠副的軸向剛度

        滾珠絲杠副的最大工作轉(zhuǎn)速不能超過產(chǎn)生共振的臨界轉(zhuǎn)速ncon.與絲杠的材質(zhì)、螺紋外徑、兩端支承方式、支承間距等因素有關(guān)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，n值也在不斷提高。滾珠在螺紋滾道和返向裝置中既通暢又可靠地循環(huán)滾動的安全轉(zhuǎn)速。要實現(xiàn)高速化，必須通過改進滾珠螺母返向裝置、提高制造精度、安裝精度和支承剛度來提高滾珠絲杠副Dn值。現(xiàn)現(xiàn)在Dn值已由70000提高到150000.為了改善滾珠絲杠副的加（減）速度特性，提高對運動指令的快速跟蹤能力，必須提高滾珠絲杠軸系的系統(tǒng)剛度和絲杠副的軸向剛度，減小起動和停止瞬間彈性變形，解決滾珠絲杠副及周邊元件在高速運行中的可靠性問題。