滚珠丝杠副高速化的技术对策

滚珠丝杠螺母副是数控机床进给驱动系统的主要功能部件。

随着数控机床向高速化方向发展，对机床的进给速度提出了更高的要求。虽然目前人们为了实现高速进给探索研究出直线电动机、并联虚拟轴机床，但由于它们成本高以及技术不是很完善等问题，还没能被广泛接受。因而高速滚珠丝杠螺母副传动系统在高速进给驱动系统中仍然占主导地位。因此，有必要对实现丝杠螺母副高速化的方法及相关问题进行研究。

1.高速的实现方法

（1）加大导程和螺纹头数 这就是我们常说的大导程（或超大导程）滚珠丝杠副。先前的观点是因导程增大不利于提高导程精度，而且进给系统的静刚度迅速下降，所以只适用于对定位精度要求不高的快速驱动场合。

（2）增加丝杠的旋转速度 增加电动机的旋转速度可以提高进给速度，但是由于丝杠本身的固有频率，因而存在临界速度的限制。

（3）丝杠固定，螺母驱动螺母一边转动一边沿固定的丝杠作轴向移动，没有了作为转速上限的回转丝杠的弯曲临界转速。但是弯曲固有频率在固定丝杠的情况下也必须加以考虑

（4）丝杠和螺母同时驱动。

2. 高速化引发问题的解决 对于高速机床来说，在满足高速度的前提下，还要保证高精度，片面地要求高速度是没有意义的。

下面讨论如何提高高速滚珠丝杠进给系统的精度。

滚珠丝杠进给系统在高速下长时间运行都会导致滚珠丝杠温度的上升，随之势必产生滚珠丝杠的轴向热位移，直接导致机床进给轴的定位精度下降。为此，需要采取一定的措施来抑制热位移，改善机床进给轴的定位精度 丝杆，从而提高机床的工作精度。

目前国内制造滚珠丝杆的厂家，工艺路线多少都有些差别，产品质量也存在不少问题。一般的制造工艺步骤为：下料(材料绝大多数为GCr15)--校直--车外圆--中频淬火--回火--修研中心孔--磨外圆--螺纹磨磨削丝杆螺纹--铣键槽或方身--钳工工艺--去应力--半精密螺纹磨磨削丝杆螺纹--再去应力--研磨中心孔--精密外圆磨--精密螺纹磨磨削丝杆螺纹--倒两端不完整牙1/4圈--螺纹磨削倒角螺纹及顶端45°处理。

　以上工艺技术的缺陷：

　1、中频淬火后，丝杆易弯曲，热处理变形较大；且回火时间短，易造成丝杆硬度不均匀 丝杆供应，应力不易去除，去应力处理时间长，易留残余应力。

　2、精密磨削的螺纹滚道，因为机床本身的精度和加工调试水平，容易产生滚道波纹，表面质量差。

3、磨削螺纹时，因为螺纹硬度高、磨削量大 丝杆销售，造成磨削时间长、消耗材料多，易产生弯曲变形，同时由于磨削量大，温度高，易产生磨削裂纹和烧伤 丝杆加工，造成产品报废。

　4、精密磨削的螺纹滚道，因为机床本身的精度和加工调试水平，容易产生滚道波纹，表面质量差。

　5、丝杆硬度低(一般为HRC60左右)、耐磨性差、疲劳寿命短、噪音水平高(一般74db左右)。

　6、由于磨削工作量大，磨削时产生大量油雾，对环境造成污染，对工人健康造成损害。

   7、由于磨削后表面较粗糙，丝杆粗装配后要进行长时间跑和。

　8、工序繁杂、加工周期长。

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