滚珠螺杆应用在高速高精数控机床上

    高速加工是面向21世纪的一项高新技术,它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在航天航空、汽车工业、模具制造、光电工程和仪器仪表等行业中获得了越来越广泛的应用,并已取得了重大的技术经济效益,是当代先进制造技术的重要组成部分。为了实现高速加工,首先要有高速数控机床。高速数控机床必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统,才能实现材料切削过程的高速化。为了实现高速进给,国内外有关制造厂商不断采取措施,提高滚珠螺杆的高速性能。主要措施有:
    1适当加大螺杆的转速、导程和螺纹头数。目前常用大导程滚珠螺杆名义直径与导程的匹配为:40mm×20mm,50mm×25mm,50mm×30mm等,其进给速度均可达到60m/min以上。为了提高滚珠丝杆的刚度和承载能力,大导程滚珠螺杆一般采用双头螺纹,以提高滚珠的有效承载圈数。
    2改进结构,提高滚珠运动的流畅性。改进滚珠循环反向装置,优化回珠槽的曲线参数,采用三维造型的导珠管和回珠器,真正做到沿着内螺纹的导程角方向将滚珠引进螺母体中,使滚珠运动的方向与滚道相切而不是相交。这样可把冲击损耗和噪声减至最小。
    3采用“空心强冷”技术。高速滚珠螺杆在运行时由于摩擦产生高温,造成螺杆的热变形,直接影响高速机床的加工精度。采用“空心强冷”技术,就是将恒温切削液通入空心丝杆的孔中,对滚珠螺杆进行强制冷却,保持滚珠副温度的恒定。这个措施是提高中、大型滚珠螺杆高速性能和工作精度的有效途径。
    4对于大行程的高速进给系统,可采用螺杆固定、螺母旋转的传动方式。此时,螺母一边转动、一边沿固定的螺杆作轴向移动,由于丝杆不动,可避免受临界转速的限制,避免了细长滚珠螺杆高速运转时出现的种种问题。螺母惯性小、运动灵活,可实现的转速高。
    5进一步提高滚珠螺杆的制造质量。通过采用上述种种措施后,可在一定程度上克服传统滚珠螺杆存在的一些问题。其最大快速移动速度可达60m/min,个别情况下甚至可达90m/min,加速度可达15m/s2。由于滚珠螺杆历史悠久、工艺成熟、应用广泛、成本较低,因此在中等载荷、进给速度要求并不十分高、行程范围不太大小于4～5m的一般高速。