現代製造技術的發（fā）展突飛猛進, 一批（pī）又一批的高（gāo）速數控機床應運而生。它不僅（jǐn）要求有性能卓越的高速主軸, 而且（qiě）也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（dào）1 g 以上（shàng）; ( 3) 動態性能（néng）要（yào）好, 達到較高的定位精度。

      高速滾珠絲杠副（fù）是指能適應高速化要求( 40 m/min 以上) 、滿足承載要求且（qiě）能精密定位的滾珠（zhū）絲杠副, 是實現數控機床高速（sù）化（huà）首選的傳動與定位部件。北京機床研（yán）究所在（zài）承擔/ 九五0國家重點科技攻關（guān）項目/ 高（gāo）速（sù）滾珠絲杠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、測量技術等進行了研究, 並取得了階段性成果。該項研究成果榮獲中國機械工業（yè）科學技術進（jìn）步三等獎。

1 高（gāo）速滾珠絲杠（gàng）副的結構（gòu）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) , 因此（cǐ）提高（gāo）驅動速度的途徑（jìng）有兩條: 其一是提高絲杠的轉（zhuǎn）速, 其二是采用大導程。提高轉（zhuǎn）速N 受d0#N 值的製約( d 0為滾（gǔn）珠絲杠的（de）公稱（chēng）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 值提高到153 000。N 增大時, d 0必（bì）須減小, 且過分提高轉速（sù）會引起絲杠發熱（rè）、共振等問題; d 0太（tài）小也會造成係統剛性差、易變形（xíng）、影響加工精度, 且目前伺服電動（dòng）機的最高轉速僅到4 000 r/ min。

      導程Ph 過大（dà）時, 不僅增加了滾珠（zhū）絲杠副的（de）製造難度,精度難以提高（gāo）, 降低了絲杠副承載, 而且也增加了伺服電動機的起動力矩（jǔ）。因此, 設計高速（sù）滾（gǔn）珠絲杠副時要合理選擇絲杠副的轉速N 、公（gōng）稱直徑d 0與導程（chéng）Ph 。

      數控機（jī）床常用（yòng）的滾珠（zhū）絲杠副結構為: 外循環插管式、內循環（huán）反（fǎn）向器式。由於高速滾（gǔn）珠絲杠（gàng）副的導程較大（dà）, 如用（yòng）內循環結構, 反向器尺寸較長, 承載的鋼（gāng）球數減少（shǎo）, 且鋼球高速時（shí）流暢性（xìng）差, 是不適（shì）合的; 而外循環插管式結構簡單, 承載能力大, 不受導程（chéng）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（sī）杠副的預緊方式主要有三（sān）種: 增大鋼球（qiú）直徑、變位導程和墊片。各預緊方式的特點見表1。

       根椐高速滾珠（zhū）絲杠副的特點, 選用單螺母變位導程預緊（jǐn）結構比較合適。但在結構設計時, 應注意以下幾（jǐ）點: ( 1) 導程的選擇。為了提高絲杠副驅（qū）動速度, 一（yī）般需增大絲杠（gàng）副（fù）導程, 常用絲（sī）杠副導程取絲杠直（zhí）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) 滾珠絲杠副在高速時產生的噪聲主要來自鋼球在導珠管（guǎn）進出口( 見圖1P 、Pc點) 處的碰撞。因（yīn）此, 在循環過程中鋼球的反向點設計是非常重要的 ( 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（liàng）就沒有保證。北京機床研究所自研究生產絲杠開始, 就著手（shǒu）研製絲杠測量（liàng）儀器。並先後研製成功了/ JCS-014 兩米激光絲杠導程誤差檢查儀( 以下（xià）簡（jiǎn）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( 以下簡稱（chēng）LJY10)0。這些儀（yí）器均（jun1）采用（yòng）了高精度的傳感器和現（xiàn）代化的測試手段。其數據處理遵循的標（biāo）準是: GB/ T 17587. 3 ) 1998 滾珠絲杠副驗收條件及驗收檢驗。國內絲杠生（shēng）產廠家（jiā）主要使用以上儀器。北京機床所生（shēng）產的滾珠絲杠副都是在這些儀（yí）器上進（jìn）行檢測的（de）。通過對測量結果進行分析, 提（tí）出質量反饋意見, 促進建立穩定（dìng）可靠的（de）工藝係統, 從而提高產品質量和生（shēng）產率。北京機床所出口的（de）滾珠絲杠副檢測結果也（yě）得（dé）到了國外有關公司的認可。

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

      采用了德國HEIDENHAIN 精密長光柵副作（zuò）為定位精（jīng）度的測量基準, 其測量分辨率為012 Lm; 采（cǎi）用6個PN 結溫度傳感器, 分別測量螺母、絲杠、前軸承座、後軸承座、光柵和空氣的溫（wēn）度, 其測量分辨率為0. 1e ; 采用智能聲（shēng）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（kuàng）, 被測滾珠絲杠副的參數見表2。在/ JCS- 0400上測量結果見圖3, 在/ LJY100上測量結果見圖4。

       ( 1) 動態測試利用GSZ 2000 裝置上（shàng）的長光柵傳感器進行動態采數（shù）, 可以檢查運動速度的平穩性及加速度的躍升與過衝( 參見圖5、6 ) 。設$S 為在時間$t 內位移的變化量, 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（jīng）度測量 對高速（sù）滾珠絲杠副定（dìng）位精度評價的標準是: GB/ T 17421. 2- 2000 在（zài）表3 的測試條件下, 測量結果見（jiàn）表4、表5 和（hé）圖7。

       ( 3) 溫升測試 測量結果見圖8、9。

3 總結

      通過對高速試驗（yàn）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（shēng）、振動和噪聲等有了更進一（yī）步的了解。並根據這些（xiē）測試結果對高速（sù）滾珠絲（sī）杠副的結構及（jí）工藝進（jìn）行了改（gǎi）進, 取得了一定的效果。

      目（mù）前試製的滾珠（zhū）絲杠副的d 0#N 值可（kě）達120 000, 快（kuài）移速度可達60 m/ min, 加速度可達1 g。其中規格為: 直（zhí）徑<40 mm、導程（chéng）16 mm 的滾珠絲杠副已被應用到我所生產的KT 1300V 立式加工中心上, 其快移速度達48 m/ min 時, 定位精度也（yě）能滿足數（shù）控機床的要求。

      由（yóu）於我們對高（gāo）速滾珠（zhū）絲杠副的研究時間還不長,還有大量的試驗需要做。通過試（shì）驗積累經（jīng）驗, 為製造高質（zhì）量的高速滾珠絲杠副奠定基礎。