【中國機(jī)床商務(wù)網(wǎng)】導(dǎo)讀：由山東博特精工股份有限公司承擔(dān)的“滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵工藝技術(shù)及裝備開發(fā)與應(yīng)用”課題，2012年度實(shí)施進(jìn)展順利，目前已在理論研究、技術(shù)創(chuàng)新和關(guān)鍵工藝制定等方面取得了一定的突破。
　　
　　理論研究成果
　　
　　采用三維建模軟件Pro/E和有限元軟件MSC.MARC，建立了滾珠絲杠的三維模型，對(duì)滾珠絲杠的工作狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析。通過計(jì)算機(jī)仿真，獲得了法向截面接觸角、滾珠在回珠槽中的自旋速度和公轉(zhuǎn)速度，從而更準(zhǔn)確地反映出滾珠絲杠副的變形對(duì)動(dòng)力學(xué)性能的影響。通過理論研究，得出如下結(jié)論：
　　
　　1.循環(huán)滾珠中心的線速度不高，自轉(zhuǎn)速度卻相當(dāng)高；滾珠直徑對(duì)旋滾比影響不大，但接觸角對(duì)旋滾比的影響較明顯，在接觸角為38°時(shí)，旋滾比zui小；滾珠的滑移率隨螺旋升角和滾珠直徑的增大而提高。
　　
　　2.滾珠與絲杠滾道的接觸壓力和變形大于滾珠與螺母滾道的接觸壓力和變形。隨著接觸角的增大，接觸壓力和變形減小，螺旋升角對(duì)接觸特性無顯著影響，接觸特性對(duì)曲率比的變化非常敏感，隨著曲率比的增大，接觸壓力和變形顯著提高。
　　
　　3.滾珠與返向器的碰撞角度越大，初始速度越高，則碰撞力越大。通過減小碰撞角度、采用小直徑鋼球或陶瓷球，以及采用工程塑料制作返向器，可以有效降低碰撞力。
　　
　　4.滾道加工誤差增大了滾珠絲杠副的摩擦力矩，對(duì)摩擦力矩的影響具有“平均效應(yīng)”。由于在滾珠絲杠接觸副中很難建立*的彈流油膜，所以因潤滑不良而導(dǎo)致的摩擦系數(shù)過大可能是滾珠絲杠副摩擦力矩較大的主要原因。
　　
　　5.端部偏轉(zhuǎn)式返向結(jié)構(gòu)的滾珠絲杠副的噪聲主要來源于絲杠滾道波紋度激起的振動(dòng)，其噪聲明顯小于插管式滾珠絲杠副，且音質(zhì)有顯著改善，是高速滾珠絲杠副的返向結(jié)構(gòu)。
　　
　　主要技術(shù)創(chuàng)新
　　
　　1.高速滾珠絲杠副螺母循環(huán)返向結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
　　
　　當(dāng)滾珠在螺母體及返向裝置中高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，螺紋滾道與返向的接口部位以及返向裝置的回珠通道受到的沖擊力和磨損zui大。回珠曲線沿螺旋線的切線方向進(jìn)出返向裝置，可以減小鋼球因運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化而引發(fā)的撞擊力。為保證鋼球在雙圓弧螺紋滾道與回珠通道之間的平滑過渡，對(duì)回珠滾道的內(nèi)徑進(jìn)行分段擬合，實(shí)現(xiàn)鋼球逐步卸載和加載的效果。通過控制回珠通道與鋼球的間隙，保證鋼球在通道內(nèi)不發(fā)生楔緊現(xiàn)象，同時(shí)又減小了摩擦力。與此同時(shí)，結(jié)合螺母承載能力以及冷、熱加工性能，綜合設(shè)計(jì)了螺母及返向裝置的結(jié)構(gòu)。
　　
　　2.高速滾柱直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
　　
　　（1）通過對(duì)滑塊返向器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得滾柱在進(jìn)入和離開返向器前逐步卸載和承載，以減小沖擊，降低噪音。通過優(yōu)化返向器返向槽的曲率半徑，盡量減小離心力，使?jié)L柱返向更加平穩(wěn)。
　　
　　（2）通過優(yōu)化返向通道結(jié)構(gòu)，使滑塊在滿足承載要求的前提下，結(jié)構(gòu)更加緊湊，返向更加流暢。由于確保了滾動(dòng)體處于油膜接觸狀態(tài)，因而降低了高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的噪聲，使運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)。
　　
　　（3）以滾柱的接觸特性、赫茲壓力和整體質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo)，以滾柱直徑、滑塊返向器等幾何參數(shù)以及材料性能為變量，采用優(yōu)化數(shù)值算法進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)滾柱導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　
　　高速、精密滾珠絲杠副（KD4016X2200和KD4020X2450）關(guān)鍵工藝技術(shù)
　　
　　1.工藝措施
　　
　　為了保證返向通道孔與螺紋滾道的嚴(yán)格位置關(guān)系，在加工螺母時(shí)，選用車銑復(fù)合設(shè)備，確保加工出的返通道基準(zhǔn)孔與螺紋滾道精度高，并通過鉆、擴(kuò)和鉸等方式加工反向通孔，保證了孔對(duì)螺紋中心的平行度及表面粗糙度。針對(duì)返向器出入口的加工，全部采用訂制的高精度硬質(zhì)合金銑刀。通過采用車銑復(fù)合工藝，由高精度數(shù)控機(jī)床來保證返向通道與螺紋滾道的位置關(guān)系，從而顯著提高了產(chǎn)品的加工精度和加工效率。
　　
　　2.循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化
　　
　　針對(duì)本系列滾珠絲杠副高速的特點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)了循環(huán)系統(tǒng)，包括軸向橫穿螺母的返向通道及安裝于螺母首尾兩端的返向器。通過返向器連接返向通道和螺紋滾道，形成滾珠滾動(dòng)的封閉通道。
　　
　　循環(huán)回路：此循環(huán)系統(tǒng)路徑與螺旋滾道平滑連續(xù)連接。徑向觀察，循環(huán)路徑配合滾珠絲杠螺旋升角同螺紋滾道平滑連接，如圖1所示；軸向觀察，循環(huán)路徑和螺旋滾道沿切線方向連接，如圖2所示。
　　　　返向器：由于滾珠絲杠副經(jīng)常處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)返向器的沖擊十分頻繁，所以其耐沖擊性及可靠性非常重要。在力學(xué)模型模擬及有限元分析的基礎(chǔ)上，對(duì)返向器的返向曲線曲率進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了滾珠返向時(shí)的流暢性。通過選用高強(qiáng)度的工程塑料，顯著提高了返向器的強(qiáng)度，滿足了使用要求。為了確保美觀以達(dá)到視覺的協(xié)調(diào)一致，選用了桔黃色。
　　
　　3.裝配工藝改進(jìn)
　　
　　制定了高精度滾珠絲杠副裝配工藝。通過對(duì)產(chǎn)品反復(fù)清洗以及對(duì)鋼球進(jìn)行選配，確保了滾珠螺母原始徑向間隙的一致，從而保證了A、B兩滾珠螺母的接觸點(diǎn)一致，使其預(yù)緊力符合裝配工藝要求，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)達(dá)到*。
　　
　　4.關(guān)鍵工序控制
　　
　　對(duì)滾珠絲杠副的生產(chǎn)進(jìn)行全過程跟蹤記錄，嚴(yán)格按工藝執(zhí)行，并嚴(yán)格工序檢驗(yàn)。對(duì)于“精磨滾道”這一關(guān)鍵工序，設(shè)置質(zhì)量控制點(diǎn)，嚴(yán)格控制橢圓度及錐度。在測(cè)量時(shí)，采用測(cè)頭與鋼球大小一致的德國進(jìn)口球頭千分尺取代傳統(tǒng)的三針測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度達(dá)到1μm。
　　
　　5.正確選擇砂輪
　　
　　由于高速精密滾珠絲杠副滾道的幾何精度及滾道的粗糙度要求比較嚴(yán)格，精磨后的滾珠絲杠及滾珠螺母滾道，其粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra0.4μm以上，因此選用了粒度細(xì)、磨粒硬度高、成形精度保持性好、有一定的自銳性且有較大容屑空間的砂輪，確保了加工出的絲杠滾道符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)于螺母滾道的磨削，優(yōu)選了齒形保持性好的諾頓昆鵬系列砂輪，進(jìn)行了高速小進(jìn)給磨削，從而提高了滾道齒型精度和滾道的粗糙度。
　　
　　6.砂輪的修整
　　
　　為了獲得高精度的滾道輪廓齒型，采用了成形磨削加工，為此而優(yōu)選訂購了高精度的金剛滾輪。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)金剛滾輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，保證了金剛滾輪外圓及端面跳動(dòng)不大于0.002mm,從而排除了裝夾造成的誤差。實(shí)踐證明，此方法修出的砂輪能夠顯著提高絲杠滾道齒形的尺寸精度，滿足了設(shè)計(jì)要求。
　　
　　滾柱直線導(dǎo)軌副（LZG45KL2F22、LZG55KL2F22和LZG65KL2F22）關(guān)鍵工藝技術(shù)
　　
　　1.工藝措施
　　
　　通過優(yōu)化導(dǎo)軌和滑塊的加工工藝路線，大大減少了裝夾次數(shù)，提高了加工效率及產(chǎn)品的加工精度，產(chǎn)品合格率明顯提高。
　　
　　通過采取合理分配精磨留量并保持一定次數(shù)的往復(fù)無火花磨削等措施，提高了滾道表面粗糙度，消除了振紋。采用工裝，控制好滑塊前期工序的加工誤差，保證相鄰面的垂直度、平行度≤0.02，使滑塊返向孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
　　
　　2.返向器設(shè)計(jì)
　　
　　由于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副常處于高速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因而其總體性能及可靠性十分重要，尤其是對(duì)返向器部分的設(shè)計(jì)制造相當(dāng)重要。通過三維仿真，優(yōu)化設(shè)計(jì)了十字交叉式返向結(jié)構(gòu)，采用高強(qiáng)度工程塑料，有效解決了返向流暢性問題，滿足了使用要求。
　　
　　3.裝配工藝
　　
　　精心設(shè)計(jì)裝配工藝，產(chǎn)品經(jīng)反復(fù)清洗、測(cè)試后，其預(yù)緊力及動(dòng)、靜載荷符合裝配工藝要求，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)良好。
　　
　　4.關(guān)鍵工序控制措施
　　
　　直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副由滑塊和導(dǎo)軌兩大關(guān)鍵部件組成，其精度主要包括：滾道成形面精度、滾道之間及各滾道與基準(zhǔn)面的位置精度、滾道粗糙度、導(dǎo)軌直線度以及滾道與基準(zhǔn)面的平行度等。滑塊、導(dǎo)軌的精加工采用成形磨削方式，即用成形金剛滾輪將砂輪修整成形并用以磨削滾道型面。將其基準(zhǔn)面安裝在夾具上，校正定位后，金剛石滾輪修整出所需截形的成形砂輪來參與磨削。
　　
　　5.正確選擇砂輪
　　
　　導(dǎo)軌、滑塊精磨后，要求其滾道粗糙度達(dá)到Ra0.4μm以上，同時(shí)，滾道及其成形面的幾何精度也應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。磨削時(shí)采用往復(fù)式成形磨削，因而切除率高，負(fù)荷大，發(fā)熱量也大。根據(jù)上述要求，選用了粒度細(xì)、磨粒硬度高、成形精度保持性好、有一定的自銳性且有較大容屑空間的砂輪。選用陶瓷結(jié)合單晶剛玉的砂輪，降低了切削負(fù)荷，避免了燒傷，并能吸收振動(dòng)。
　　
　　6.砂輪的修整
　　
　　用于導(dǎo)軌、滑塊磨削的成形砂輪，對(duì)其修整是由金剛石滾輪來完成的。金剛石滾輪良好的幾何精度以及高剛性的驅(qū)動(dòng)裝置，確保了滿意的修整效果。在修整時(shí)，需要確保冷卻液的流動(dòng)方向與滾輪和砂輪接觸處砂輪的線速度方向保持一致，以使冷卻液輸送至修整接觸處。

　　（文章來源：弗戈工業(yè)在線）