現代（dài）製造技（jì）術（shù）的發展突飛猛進, 一批又一批的高速數控機床應運而生。它不僅要求有性能卓越的（de）高速主軸, 而且也（yě）對進給係統提出了很高的要求: ( 1) 最大進給速度應達到40 m/ min 或（huò）更高; ( 2) 加速度要高,達到1 g 以上; ( 3) 動態性能要好, 達到較高的定位精度。

      高速滾珠絲杠副是（shì）指能適應高速化要求( 40 m/min 以上) 、滿足承載（zǎi）要求且能精密定位的滾珠絲杠副, 是實現數（shù）控機床高速化首選的傳動與定位部件。北京機床研究所在承（chéng）擔/ 九五0國家重點科（kē）技攻關項目/ 高速滾珠絲杠副測（cè）試（shì）技術及裝置的（de）開發研究0時, 對高速滾珠絲杠副的結構、性（xìng）能、製造技術、測量技術等進行（háng）了研究, 並取得了階段性成果。該項研究成（chéng）果榮獲中國機械工業科學技術進步（bù）三等獎。

1 高速滾珠絲杠副的結構設計

     滾珠絲杠副的驅動速度（dù）V = Ph @ N (Ph 為導程, N 為絲杠轉速) , 因此提高驅動速（sù）度的途徑有兩條: 其一是提高絲杠的轉速, 其二是采用大導程。提高轉速N 受d0#N 值的製約( d 0為（wéi）滾（gǔn）珠絲杠的（de）公稱直徑) 。國際上一般d0#N [ 70 000。據日（rì）本NSK 公司介紹:該公司已將d 0#N 值（zhí）提（tí）高到153 000。N 增大時, d 0必須減小, 且過（guò）分提高轉（zhuǎn）速（sù）會引起絲杠發熱、共振等問題（tí）; d 0太小也會造成係統（tǒng）剛性差、易變形、影響加工（gōng）精度, 且（qiě）目前伺服電動（dòng）機的最高轉速僅到4 000 r/ min。

      導程Ph 過大時, 不僅增加了滾珠絲杠副（fù）的製造難度,精度難以提高, 降低了絲杠副承載, 而且也增加了伺服電動機的起動力矩。因此, 設計高速滾珠絲（sī）杠副（fù）時要合理選擇絲杠副的轉速N 、公稱直徑d 0與導程Ph 。

      數控機床常用的（de）滾珠絲杠副結構為: 外循環插管式、內循環（huán）反向器式。由於高速滾珠絲杠副的導程較大, 如（rú）用內循環結構, 反向器尺寸較長, 承（chéng）載的鋼球數減少, 且鋼球（qiú）高速時（shí）流暢性差, 是不適合的; 而外循環插管式（shì）結（jié）構簡單, 承載能力（lì）大, 不受導程的限製。因此, 被選作高速滾珠絲杠副的結構。

      外循環滾珠絲（sī）杠副的預（yù）緊方式主要有三種（zhǒng）: 增（zēng）大鋼球直徑、變位導程和墊片。各預緊方（fāng）式的特點見表1。

       根椐高（gāo）速滾珠絲杠副的特點, 選（xuǎn）用單螺母變位導程預緊結構比較合適。但在結構設計時, 應注意（yì）以下幾點: ( 1) 導程的選擇（zé）。為了提高（gāo）絲杠副驅動速度, 一般需增大絲杠副導程, 常用絲杠副導程取絲杠直徑的1/ 3~ 1/ 2。( 2) 為了增加承載,選用多頭螺（luó）紋, 以提高絲杠副承載能力。( 3) 滾（gǔn）珠絲（sī）杠副在高（gāo）速時產生的噪聲主要來自鋼球在導珠（zhū）管進出口( 見圖1P 、Pc點) 處的碰撞。因此（cǐ）, 在循環過程中鋼球的反向點（diǎn）設計（jì）是非常重要的 ( 見圖1) , 要合理選取反向角A。

2 高速滾珠絲杠副的測試技術

       測量和製造是密不可分的, 沒有測量, 產品質量就沒有保證。北京機床研究所（suǒ）自研究生產（chǎn）絲杠開始, 就著手研製絲杠測量儀器。並（bìng）先後研製成功了（le）/ JCS-014 兩米激光絲杠導程（chéng）誤差（chà）檢查儀( 以下簡稱JCS-014) 0、/ JCS- 040 三米激光滾珠絲杠副行程（chéng）誤差測量儀( 以下簡稱JCS- 040) 0、/ LJY10 滾珠絲杠副動態預（yù）緊轉矩測量儀( 以下簡稱LJY10)0。這些（xiē）儀器（qì）均采用了（le）高精度的傳感器和現代（dài）化的測試手段。其數據處理遵循的標（biāo）準是: GB/ T 17587. 3 ) 1998 滾珠絲杠副驗收條（tiáo）件及驗收檢驗。國內絲杠生產（chǎn）廠家主要使用以上（shàng）儀器。北京機床所生產的滾珠（zhū）絲杠副都是在這些儀器上（shàng）進行檢測的。通過對測量結果進（jìn）行分析, 提出質量反饋意見, 促（cù）進建立穩定可靠的工藝係統, 從而提高產品質量和生產率。北京機床所出口的滾（gǔn）珠絲杠副檢測（cè）結果也得到了國外有關（guān）公司（sī）的認（rèn）可。

     為了對滾（gǔn）珠（zhū）絲杠副進行高速（sù）試驗, 北京機床所專門研製成功了GSZ 2000 高速滾珠（zhū）絲杠副綜合測試裝置( 見圖2) 。用於測量滾珠絲杠副在（zài）高速時的性（xìng）能) ) ) 定位精度、噪聲和溫升, 測量絲杠最大長度為2 200 mm, 工作台移動（dòng）速（sù）度可達60 m/ min 以上。該測試裝置配置了日本三菱公司的高分辨率的單軸數控係統, 其中交流伺服電動機的額定功率為2 kW, 額定轉速（sù）為（wéi）3 000 r/ min, 電動機端編碼（mǎ）器輸出的脈衝數為100 000/ r。

      采（cǎi）用了德國HEIDENHAIN 精密長光柵副作為定位精度的測量基（jī）準, 其測量分辨率為012 Lm; 采用6個PN 結溫度傳感器, 分別測量（liàng）螺（luó）母、絲杠、前軸承座、後軸承座、光柵和空氣的溫度, 其測量分辨（biàn）率為0. 1e ; 采用智能聲級計測量滾珠絲杠副噪聲的（de）聲壓級, 其測量分辨率為（wéi）0. 5 dB。

      下麵介紹高速試驗情況, 被測滾珠絲杠副的參數見表（biǎo）2。在/ JCS- 0400上測量結果見圖3, 在/ LJY100上測量結果見圖4。

       ( 1) 動態測試利用GSZ 2000 裝（zhuāng）置（zhì）上的長光柵（shān）傳感（gǎn）器進行動態（tài）采數, 可以檢查運動速（sù）度的平穩性及加速（sù）度（dù）的躍升與過（guò）衝( 參見圖5、6 ) 。設$S 為在（zài）時間（jiān）$t 內（nèi）位移（yí）的變化量, 則: 運動的速度V = $S / $t , 加（jiā）速度a= $V / $t , 這（zhè）裏取$t = 1/ 640 s。

       ( 2) 定（dìng）位精度測量 對高速滾珠絲杠副（fù）定位精度評（píng）價的標準是（shì）: GB/ T 17421. 2- 2000 在表3 的測（cè）試條件（jiàn）下, 測量結果見表4、表5 和圖7。

       ( 3) 溫升測試 測量（liàng）結果見圖（tú）8、9。

3 總結

      通過對高速試驗與研究（jiū）分析, 我們對滾珠絲（sī）杠副在（zài）高速時的定位精度（dù）、加速（sù）度、溫升（shēng）、振動和噪聲等有了更進一（yī）步的了解。並根據這些（xiē）測試結（jié）果對高速（sù）滾（gǔn）珠絲杠副的結（jié）構及工藝進行了改進（jìn）, 取（qǔ）得了一（yī）定（dìng）的效果。

      目前試製的滾珠絲（sī）杠副（fù）的d 0#N 值可達120 000, 快移速（sù）度可達60 m/ min, 加速度可達1 g。其中規格為: 直徑（jìng）<40 mm、導程16 mm 的滾珠絲杠副已被應用到我（wǒ）所生（shēng）產的KT 1300V 立式加（jiā）工中心上, 其快移速度達48 m/ min 時, 定（dìng）位精度也能滿足數控機床的要求。

      由於我（wǒ）們對高速（sù）滾珠絲杠副的研究時間還不長,還有大量的試驗需要做。通過試驗積累經驗, 為製造高質量的高速滾珠絲（sī）杠（gàng）副奠定基礎。