現代（dài）製（zhì）造技術（shù）的發展突飛猛進, 一（yī）批又一批的高速數控（kòng）機床應運而（ér）生。它不僅要求有性能卓越的高速主軸, 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（dù）應（yīng）達到40 m/ min 或更（gèng）高; ( 2) 加速度要高,達到1 g 以上; ( 3) 動態性能要好（hǎo）, 達到（dào）較高的定位精度。

      高速滾珠絲杠副是指（zhǐ）能適應高速（sù）化（huà）要求( 40 m/min 以上) 、滿足（zú）承載要求且能精密（mì）定位的滾（gǔn）珠絲杠副, 是實現數控機床高速化（huà）首選的傳動與定（dìng）位（wèi）部件。北京機床（chuáng）研究所在承擔（dān）/ 九五0國家重點科技攻關項（xiàng）目/ 高速滾珠絲杠（gàng）副測試技術及裝置的開發研究0時（shí）, 對高速滾珠絲杠副的結構、性能、製造技術、測量技術等進行了（le）研究, 並取得了階段性成果（guǒ）。該項研究成果榮獲中國機（jī）械工業科（kē）學（xué）技術進（jìn）步三等獎。

1 高（gāo）速滾珠絲杠副的結構設計

     滾珠絲（sī）杠副的驅動速度V = Ph @ N (Ph 為導程, N 為絲杠轉速) , 因此提高驅（qū）動速度的途徑有兩條: 其（qí）一是提高絲杠的轉速（sù）, 其二是采用大導程（chéng）。提高轉速N 受d0#N 值的製約( d 0為滾珠絲杠的（de）公稱直徑) 。國際（jì）上一般d0#N [ 70 000。據日本NSK 公司介紹:該公司已將d 0#N 值（zhí）提高到153 000。N 增大時, d 0必須減（jiǎn）小, 且過（guò）分（fèn）提高轉速會引起絲杠發熱、共振等問（wèn）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（sì）服電動機的最高轉速僅到4 000 r/ min。

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

      數控機床常用的滾珠絲杠副結構為: 外循環插（chā）管式、內（nèi）循環（huán）反向器式。由於高速滾（gǔn）珠絲杠副的導程較大, 如用內（nèi）循環（huán）結（jié）構, 反向器尺寸較長, 承載（zǎi）的鋼（gāng）球數減少, 且（qiě）鋼（gāng）球高速時流（liú）暢性差, 是不適合的; 而外循環插管式（shì）結構簡單, 承載（zǎi）能力大, 不受導程的限製。因（yīn）此, 被（bèi）選作高速滾珠絲杠副的結構。

      外循環滾珠絲杠（gàng）副的預（yù）緊方式主要有三種: 增大鋼（gāng）球直徑、變位導程和墊片。各預緊方式的（de）特點見表1。

       根椐高速滾珠絲杠（gàng）副（fù）的特點, 選用單螺母變位導程預緊結構比較合適。但在結構（gòu）設（shè）計時, 應注意以下幾（jǐ）點: ( 1) 導程的選擇。為了提高絲杠副驅動速度, 一（yī）般（bān）需增大（dà）絲杠副導程（chéng）, 常用絲杠副導程取絲杠直（zhí）徑的1/ 3~ 1/ 2。( 2) 為了增加（jiā）承載,選（xuǎn）用多頭螺紋, 以提高絲（sī）杠副承載能力。( 3) 滾珠絲杠副在高速時產生的噪聲主要（yào）來自鋼球在導珠管進出口( 見圖1P 、Pc點) 處的碰撞。因此, 在循（xún）環過程中鋼球的反向（xiàng）點設計是非常（cháng）重要的（de） ( 見圖1) , 要合理選取（qǔ）反向角（jiǎo）A。

2 高速（sù）滾（gǔn）珠絲（sī）杠副的測試技術

       測量和製造是密不可分的（de）, 沒有測量, 產品質量就沒有（yǒu）保證。北京機床研究所自研究生產（chǎn）絲杠開始, 就著手研（yán）製絲杠測量儀器。並（bìng）先後研（yán）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（cè）量儀( 以（yǐ）下簡稱JCS- 040) 0、/ LJY10 滾珠絲（sī）杠副動態預緊轉矩（jǔ）測量儀( 以下簡（jiǎn）稱LJY10)0。這些儀器均采用（yòng）了高（gāo）精度的傳感器和現代化的測試手段。其數據處理遵循的標準是（shì）: GB/ T 17587. 3 ) 1998 滾珠絲杠副驗收條件及驗收檢驗。國內絲杠生產廠家主要使用以上儀器（qì）。北京機床所生產的滾珠絲（sī）杠副都是在（zài）這些儀器上進行檢測的。通過對測量結果進行分析, 提出質（zhì）量反饋意見, 促進建立（lì）穩定可靠的工藝係統（tǒng）, 從而提高產品質量（liàng）和生產率。北京機床所出口的滾（gǔn）珠絲杠副檢測結果也得到了國（guó）外有關（guān）公司的認（rèn）可。

     為了對滾珠絲杠副進行（háng）高速試驗, 北（běi）京機床所專門研製成功了GSZ 2000 高速滾珠絲杠副綜合測試裝置( 見（jiàn）圖2) 。用於測量滾珠絲杠副在高速時的性能) ) ) 定位精度、噪聲和溫升, 測量絲杠最大長度為2 200 mm, 工作台移動速度可達60 m/ min 以上。該測試裝（zhuāng）置配置了（le）日（rì）本三菱公司的高分辨率的（de）單軸數控係統（tǒng）, 其中交流伺服（fú）電動機的額定功率為2 kW, 額定轉速為3 000 r/ min, 電動機端編碼器輸出的脈衝數為100 000/ r。

      采（cǎi）用了德國HEIDENHAIN 精密長光柵副作（zuò）為定位（wèi）精度的測量（liàng）基準, 其測量分（fèn）辨率為（wéi）012 Lm; 采用6個PN 結溫度（dù）傳感器, 分別測量螺母、絲杠、前軸承座、後軸承座、光柵和（hé）空氣的溫度, 其測量分辨率為0. 1e ; 采用智能聲級計測量滾珠絲杠副噪聲的聲壓級, 其測量分辨率為0. 5 dB。

      下麵介紹高速試驗情況, 被測滾珠絲杠副的參數（shù）見表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（cè）試利用GSZ 2000 裝置上的長光柵傳感器進行動態采數, 可以檢（jiǎn）查運動速度的平穩性及加速度的躍升與過衝（chōng）( 參見圖5、6 ) 。設$S 為在時（shí）間$t 內位移（yí）的變化量, 則: 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 測量結果（guǒ）見圖8、9。

3 總（zǒng）結（jié）

      通過（guò）對高速試驗與（yǔ）研究（jiū）分析, 我們對滾珠（zhū）絲杠副在高速時的（de）定位精度、加速度（dù）、溫升、振動和噪聲等有了更進一步的了解。並根據這些測試結果對高速滾珠絲杠副的結（jié）構及工藝進行（háng）了改（gǎi）進, 取得了一定（dìng）的效果。

      目前試製（zhì）的滾珠絲杠（gàng）副的d 0#N 值可達120 000, 快移速度可達（dá）60 m/ min, 加速度可達1 g。其中規格為: 直徑<40 mm、導程16 mm 的滾珠絲杠副已被應用到我所（suǒ）生產的KT 1300V 立式加工中心上, 其（qí）快移速度達48 m/ min 時, 定（dìng）位精度（dù）也能滿（mǎn）足數控（kòng）機（jī）床的要求。

      由於我（wǒ）們（men）對高速（sù）滾珠絲杠副的研究（jiū）時間（jiān）還不長,還有大量的試驗需要做（zuò）。通過試驗積累經驗, 為（wéi）製造高質（zhì）量的高速滾珠絲杠副奠（diàn）定基礎。