解決滾珠絲杠副實(shí)現(xiàn)高速化主要矛盾

      1.發(fā)展熱補(bǔ)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(dāng)進(jìn)給速度高時(shí)，滾珠絲杠副產(chǎn)生的熱量無(wú)法實(shí)時(shí)散發(fā)而造成溫升，引起滾珠絲杠變形。長(zhǎng)時(shí)間加工時(shí)無(wú)法確保工件與刀具的相對(duì)位置，使加工精度降低。一般常用的方式是利用絲杠預(yù)拉伸來(lái)補(bǔ)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(dá)到溫度穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間。其他的熱變形對(duì)策還有絲杠氣冷、絲杠螺母雙注油孔，頭尾軸承座強(qiáng)制油潤(rùn)滑等來(lái)排除熱量。如絲杠披覆材質(zhì)、遮熱板、熱對(duì)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(yàn)表明：當(dāng)未采取減噪、減振措施時(shí)，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(lái)提高進(jìn)給驅(qū)動(dòng)速度是不明智的。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)絲杠軸的熱變形是加工誤差的來(lái)源之一。同時(shí)為了提高系統(tǒng)剛性對(duì)絲杠軸預(yù)拉伸也會(huì)產(chǎn)生熱量。解決發(fā)熱問(wèn)題的有效辦法是將冷卻液通人空心絲杠內(nèi)部進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)冷卻?？招慕z杠軸還有助于減小高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的慣性，增加絲杠軸的扭曲剛度。國(guó)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(yàn)，可提高速滾珠絲杠生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

        2.解決滾珠循環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)度問(wèn)題

        在滾珠的轉(zhuǎn)速加快時(shí)，反復(fù)的沖擊力會(huì)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(qiáng)反向器強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(píng)估高速循環(huán)系統(tǒng)路徑與新的滾道面設(shè)計(jì)時(shí)，除考量路徑曲率連續(xù)性之外，還應(yīng)考量滾珠高速回轉(zhuǎn)的離心力效應(yīng)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(dòng)措施

       高速進(jìn)給噪聲的來(lái)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(jiàn)Dn值與滾珠大小是重要因子。增大導(dǎo)程、降低轉(zhuǎn)速是降低噪聲的方式之一，但增大導(dǎo)程會(huì)影響滾珠數(shù)與螺母長(zhǎng)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(shí)的共振現(xiàn)象亦應(yīng)考慮，它與兩端固定的方式有關(guān)。對(duì)于高速運(yùn)行條件應(yīng)以固定一固定方式安裝為宜，配合前述的中空軸的設(shè)計(jì)不僅有散熱功能，亦可利用軸內(nèi)液體減振，同時(shí)危險(xiǎn)速度也提高了27%.滾珠絲杠配合高速小慣量伺服電動(dòng)機(jī)，可使進(jìn)給速度達(dá)40m/min以上，加速度提高至0.5-1g(因?yàn)榧铀俣扰c滾珠絲杠副加伺服電動(dòng)機(jī)的慣性矩成反比）。螺母滾道面的加工精度影響高速進(jìn)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(rùn)滑油膜變形造成潤(rùn)滑不均問(wèn)題

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

        5.考慮預(yù)緊力變化對(duì)高轉(zhuǎn)速滾珠絲杠副進(jìn)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(jìn)給速度，兩者必有不同的預(yù)壓機(jī)制。雖然很難獲得精確的預(yù)壓力值，但以各種不同的預(yù)壓彈簧力配合壓縮距離可得到預(yù)緊力大小的特征值，進(jìn)而與測(cè)量溫升值進(jìn)行比較。此外，滾珠絲杠副的高加減速問(wèn)題亦應(yīng)一并考量。高速化引起的加速度增大是無(wú)法避免的。特別是綜合加工中心需要高加減速驅(qū)動(dòng)時(shí)，滾珠絲杠副單位時(shí)間的反復(fù)負(fù)荷也變大，其所產(chǎn)生的慣性力會(huì)誘發(fā)結(jié)構(gòu)體的振動(dòng)而降低疲勞壽命，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該提高大負(fù)荷容量和高剛性來(lái)適應(yīng)。

        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(guò)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(xué)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(dòng)的安全轉(zhuǎn)速。要實(shí)現(xiàn)高速化，必須通過(guò)改進(jìn)滾珠螺母返向裝置、提高制造精度、安裝精度和支承剛度來(lái)提高滾珠絲杠副Dn值?，F(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(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(yùn)行中的可靠性問(wèn)題。