現代製造技術的發展突飛猛進（jìn）, 一批又一（yī）批的高速數控機（jī）床應運而生。它不僅要求有性能卓越的高速主（zhǔ）軸, 而且也對進給係統提出了很高的要求: ( 1) 最（zuì）大進（jìn）給速度應達到40 m/ min 或更高; ( 2) 加速度（dù）要高,達到1 g 以上; ( 3) 動（dòng）態性能要好, 達到（dào）較高的定位精（jīng）度（dù）。

      高速滾珠絲杠副是（shì）指能（néng）適應高速化要求( 40 m/min 以上) 、滿足承載要求且能精密定位的滾（gǔn）珠絲杠副, 是實現數控機床高速化首選的（de）傳動與定位部件。北京機（jī）床研究所在承擔/ 九五0國家重點科（kē）技攻關項（xiàng）目/ 高速滾珠絲杠副測（cè）試技術（shù）及裝置的開發研究0時, 對高速滾珠絲杠副的結構、性能、製造技（jì）術、測量技術等進行了研（yán）究, 並取得了階段性成果。該項研究成果榮獲中國機械工業科學技術進步三等獎。

1 高速滾珠絲杠（gàng）副（fù）的結構設計

     滾珠絲杠副的驅動速度V = Ph @ N (Ph 為導程, N 為絲杠轉速) , 因（yīn）此提高驅動速度的途徑有兩條: 其一是提高絲杠的轉速, 其二是采用大導（dǎo）程。提高轉速（sù）N 受d0#N 值的製約( d 0為滾珠絲杠的公稱（chēng）直徑) 。國際上一般d0#N [ 70 000。據日本NSK 公司介紹:該公司（sī）已將d 0#N 值提高到153 000。N 增大時, d 0必（bì）須減小, 且過分提高轉速會引起絲杠發熱、共振等問題; d 0太小也會造成係統剛性差、易變形、影響加工精度, 且目前伺服電動機的最高轉速僅到4 000 r/ min。

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

      數控機床常用的滾珠絲杠副結（jié）構為: 外循（xún）環插管式、內循環反向（xiàng）器式。由於高（gāo）速滾珠絲杠副的導程較大, 如用內循環（huán）結構, 反向器尺寸較長（zhǎng）, 承載的（de）鋼球數減少, 且鋼球高速時（shí）流暢性差, 是不適合的; 而外（wài）循（xún）環插管式（shì）結構簡（jiǎn）單, 承載（zǎi）能力大, 不受導程的限製。因此, 被選作高速滾珠絲杠副的（de）結構。

      外循環滾珠絲杠副的（de）預緊方式主要有三種（zhǒng）: 增大鋼球直徑、變位導程和墊片。各預緊方式的特點（diǎn）見表1。

       根椐高速滾珠絲杠副的特點, 選用單螺母變位導程預（yù）緊結構比較合適。但在（zài）結構設計時（shí）, 應注意以（yǐ）下幾（jǐ）點: ( 1) 導程的選擇。為了提高絲杠副驅動速度, 一般需增（zēng）大絲杠副（fù）導程, 常用（yòng）絲杠副導程取絲杠直徑的1/ 3~ 1/ 2。( 2) 為了增加承載,選用多頭螺紋, 以提高絲杠副承載能力。( 3) 滾珠絲杠副在（zài）高速時產生的噪聲主要來自鋼球（qiú）在導珠管進（jìn）出口( 見圖1P 、Pc點) 處的碰撞。因此, 在循環過程中鋼球的反向點設（shè）計是非常重要的 ( 見圖1) , 要合理選取（qǔ）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（liàng）, 產品質量就沒有保證。北京機床研究（jiū）所自研究（jiū）生產絲（sī）杠開（kāi）始, 就著手研製絲杠測量儀器。並先後（hòu）研製成功了/ JCS-014 兩米激光絲杠導程誤差檢查儀( 以下簡稱JCS-014) 0、/ JCS- 040 三米激光滾珠絲杠副行程誤差測量儀( 以下簡稱JCS- 040) 0、/ LJY10 滾珠絲杠副動態預緊轉矩測量儀（yí）( 以下簡稱LJY10)0。這些儀器均采用了高（gāo）精度的傳（chuán）感器和現代化的測（cè）試手段。其數據處理遵循的標準（zhǔn）是: GB/ T 17587. 3 ) 1998 滾珠絲杠副驗（yàn）收條件及驗收檢驗。國內絲杠生產廠家主（zhǔ）要使用以上儀器。北京機床所生產的（de）滾珠絲杠副都是在這些儀器上進行檢測的。通過對測量結果進（jìn）行分析, 提出質量反（fǎn）饋意見, 促進建（jiàn）立（lì）穩定可靠的工（gōng）藝係統, 從而提高產（chǎn）品質量和生產率。北京機床所出口的滾珠絲杠副檢測結果也得到了國外（wài）有關（guān）公司的認可。

     為（wéi）了對滾珠絲杠副進（jìn）行高速試驗, 北京機床所專門研製成功（gōng）了GSZ 2000 高速滾（gǔn）珠絲（sī）杠副綜合測試裝置( 見圖2) 。用（yòng）於測量滾珠絲杠副（fù）在高速時的性能) ) ) 定位精度（dù）、噪聲和溫升, 測量絲杠最大長（zhǎng）度為2 200 mm, 工作台移（yí）動（dòng）速度（dù）可達60 m/ min 以上。該測試裝置配置了日（rì）本三菱公司的高分辨率的單軸（zhóu）數控係統, 其中交流伺服電（diàn）動機的額定功率為2 kW, 額定轉速（sù）為3 000 r/ min, 電動機端編碼器輸出的脈衝數為100 000/ r。

      采用了德國HEIDENHAIN 精密長（zhǎng）光柵副作為定位精度的測量基準, 其測量分辨率（lǜ）為012 Lm; 采用6個PN 結溫度傳感器, 分別測量螺母（mǔ）、絲杠、前軸承座、後軸承座、光柵（shān）和空氣的溫度, 其測量分辨率為0. 1e ; 采用智（zhì）能聲級計測量滾珠絲（sī）杠副噪聲的聲壓級, 其測量分辨率為0. 5 dB。

      下麵介紹高速試驗情（qíng）況, 被測（cè）滾珠絲杠副的參（cān）數見表2。在/ JCS- 0400上（shàng）測量結果見圖3, 在/ LJY100上（shàng）測量結果（guǒ）見圖4。

       ( 1) 動態（tài）測試利用GSZ 2000 裝置上的長光柵傳感器進行動態采數（shù）, 可以檢查運動速度（dù）的平穩性及加速度的躍升與過衝( 參見圖5、6 ) 。設$S 為在（zài）時（shí）間$t 內位移的變化量, 則（zé）: 運動的速度V = $S / $t , 加速度a= $V / $t , 這裏取$t = 1/ 640 s。

       ( 2) 定位精度測量 對高速滾珠絲杠副定位精度評價的標準是: GB/ T 17421. 2- 2000 在表3 的測試條件下, 測量結果見表4、表5 和圖7。

       ( 3) 溫升測試 測量結（jié）果見圖8、9。

3 總結

      通過對（duì）高速試驗與研究分析, 我們對滾珠絲杠副在高速時的定位精度、加速度、溫升、振動（dòng）和（hé）噪聲等有了更進一步（bù）的了解。並根據這些測試結果對高（gāo）速滾珠絲杠副的結構及工藝（yì）進行了改進, 取得了一定的效果。

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

      由於我們對高速滾珠絲杠副的研究時間還不（bú）長（zhǎng）,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杠副奠定基（jī）礎。