上銀滾珠絲杠副傳動(dòng)
機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，有廣闊的技術(shù)前景。滾珠絲桿副是為了適應(yīng)機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求而發(fā)展起來的一種新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由滾珠絲杠、滾珠螺母（組件）和滾珠組成，可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，或者將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。上銀滾珠絲杠副不僅是各類數(shù)控裝備的核心功能部件，還是機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域中資本密集型和技術(shù)密集型的重要通用零部件。在線性傳動(dòng)家族中滾珠絲杠副是應(yīng)用面很廣，產(chǎn)業(yè)化程度較高的產(chǎn)品。
一、我國上銀滾珠絲杠的現(xiàn)狀
我國滾動(dòng)功能部件行業(yè)生產(chǎn)不集中、產(chǎn)品品種單一、含金量偏低，尚無在國際上有影響力的知名品牌，已成為國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的瓶頸。目前我國滾動(dòng)功能部件生產(chǎn)企業(yè)有50家（不含臺灣省），研究院所、高校共3家，企業(yè)附屬研究機(jī)構(gòu)3個(gè)。生產(chǎn)滾珠絲杠的企業(yè)有48家，年產(chǎn)值可達(dá)6.5億元，生產(chǎn)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的企業(yè)有6家（其中4家同時(shí)生產(chǎn)滾珠絲杠），年產(chǎn)值可達(dá)1.5億元。在50家企業(yè)中，生產(chǎn)規(guī)模大、工藝裝備較齊全、產(chǎn)量大、品種多的企業(yè)只有6家，而且企業(yè)存在對用戶市場缺乏戰(zhàn)略研究，產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)的工作跟不上形勢發(fā)展的要求，企業(yè)的核心競爭力不強(qiáng)，創(chuàng)新能力較差等問題。我國滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)與國外的主要差距是：專業(yè)生產(chǎn)水平不高，信息化管理滯后，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢，個(gè)性化服務(wù)跟不上。中低檔產(chǎn)品與國外同類產(chǎn)品差距較小或基本持平，但生產(chǎn)效率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外。而高性能、高檔次的產(chǎn)品與NSK、THK、INA等知名企業(yè)有明顯差距，成為制約國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展的瓶頸。
二、上銀滾珠絲桿副的結(jié)構(gòu)及創(chuàng)新
1.適度增大滾珠絲杠副的導(dǎo)程Pn和螺紋頭數(shù)是實(shí)現(xiàn)高速化的最佳選擇
我國早在1989年就完成了大導(dǎo)程滾珠絲杠副的“七五”攻關(guān)，螺旋升角為φ>9°～17°的大導(dǎo)程滾珠絲杠副已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。但是由于螺紋磨床傳動(dòng)鏈誤差“基因”的遺傳，導(dǎo)程越大，導(dǎo)程精度很難提高。
2.對滾珠進(jìn)行改進(jìn)
在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠的自旋速度、公轉(zhuǎn)速度、離心力都很大，滾珠相互間的撞擊、進(jìn)出反向機(jī)構(gòu)的瞬間沖擊力也很大。解決這個(gè)問題有四種方法：通過對滾珠鏈優(yōu)化計(jì)算，適當(dāng)減小滾珠直徑；采用空心鋼球，使用空心滾珠絲杠副可有效降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高絲杠的轉(zhuǎn)速；改變滾珠排列方式，將滾珠鏈中的滾珠按一大一小間隔排列；采用氮化硅陶瓷球。
3.為上銀滾珠添加保持器
在絲杠中為滾珠添加保持器后，避免了滾珠體之間的直接摩擦，實(shí)現(xiàn)了靜音、運(yùn)行順滑、潤滑周期長、高速性、耐久性等效果。
4.空心強(qiáng)冷
在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，絲杠軸的熱變形是加工誤差的來源之一，為了提高系統(tǒng)剛性對絲杠軸預(yù)拉伸也會產(chǎn)生熱量。解決發(fā)熱問題的有效辦法是將冷卻液通入空心絲杠內(nèi)部進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)冷卻，這還有助于減小高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的慣性，增加絲杠軸的扭曲剛度。
5.改進(jìn)滾珠螺母結(jié)構(gòu)
（1）改進(jìn)預(yù)加負(fù)荷的方式，對預(yù)緊力Fp實(shí)施動(dòng)態(tài)控制。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為保持滾珠絲杠副在全行程范圍內(nèi)剛度和精度不發(fā)生變化，必須使Fp不丟失，動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tp恒定。
?。?）滾珠在進(jìn)出反向機(jī)構(gòu)時(shí)，會重復(fù)產(chǎn)生布里涅耳(Brinell)效應(yīng)，即布氏撞擊耗損。因此，應(yīng)針對高速的要求對循環(huán)反向機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì):內(nèi)循環(huán)反向結(jié)構(gòu)及回珠槽曲線參數(shù)的優(yōu)化，采用高含油、高密度纖維減摩材料使?jié)L珠在循環(huán)時(shí)“軟著陸”，外循環(huán)導(dǎo)珠管采用高強(qiáng)度厚壁優(yōu)質(zhì)合金材料、加大曲率半徑、對管壁和管舌實(shí)施強(qiáng)化處理，反向器和導(dǎo)珠管在滾珠螺母體上的坐標(biāo)位置優(yōu)化布局等。
?。?）其他減振減噪措施有：在滾珠螺母體周邊配置防噪聲套管等。
6.對滾珠絲杠副實(shí)施雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)
用一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠軸，另一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)以相反方向驅(qū)動(dòng)由軸承支撐的滾珠螺母，這樣工作臺的進(jìn)給速度幾乎可提高一倍。
7.改變驅(qū)動(dòng)方式
當(dāng)絲杠行程很長時(shí)，可將“絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)→螺母移動(dòng)”的絲杠驅(qū)動(dòng)方式改為“絲杠固定，螺母一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊移動(dòng)”的螺母驅(qū)動(dòng)方式。
8.改善滾珠絲杠副的摩擦特性
在螺紋滾道、滾珠反向通道、鋼球表面采用一種涂層可使高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力矩降低10%左右，明顯減少鋼球在非純滾動(dòng)的“滑移”過程中對螺紋滾道的擦傷，延長使用壽命。
三、上銀滾珠絲杠副的發(fā)展趨勢
未來上銀滾珠絲杠副將朝著大型、重載、精密的方向發(fā)展。滾珠絲杠副的發(fā)展及其在各個(gè)方面的創(chuàng)新可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝置的高速化，為機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展提供了便利的條件。21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)將成為機(jī)械工業(yè)的主角，能帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
