【中國機床商務網】導讀：由山東博特精工股份有限公司承擔的“滾動功能部件產業化關鍵工藝技術及裝備開發與應用”課題，2012年度實施進展順利，目前已在理論研究、技術創新和關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，對滾珠絲杠的工作狀態進行動力學仿真分析。通過計算機仿真，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速度，從而更準確地反映出滾珠絲杠副的變形對動力學性能的影響。通過理論研究，得出如下結論：
　　
　　1.循環滾珠中心的線速度不高，自轉速度卻相當高；滾珠直徑對旋滾比影響不大，但接觸角對旋滾比的影響較明顯，在接觸角為38°時，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，螺旋升角對接觸特性無顯著影響，接觸特性對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，對摩擦力矩的影響具有“平均效應”。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致的摩擦系數過大可能是滾珠絲杠副摩擦力矩較大的主要原因。
　　
　　5.端部偏轉式返向結構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，其噪聲明顯小于插管式滾珠絲杠副，且音質有顯著改善，是高速滾珠絲杠副的返向結構。
　　
　　主要技術創新
　　
　　1.高速滾珠絲杠副螺母循環返向結構優化設計
　　
　　當滾珠在螺母體及返向裝置中高速運轉時，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出返向裝置，可以減小鋼球因運動方向發生變化而引發的撞擊力。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，對回珠滾道的內徑進行分段擬合，實現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，保證鋼球在通道內不發生楔緊現象，同時又減小了摩擦力。與此同時，結合螺母承載能力以及冷、熱加工性能，綜合設計了螺母及返向裝置的結構。
　　
　　2.高速滾柱直線導軌結構優化設計
　　
　　（1）通過對滑塊返向器的結構進行優化設計，使得滾柱在進入和離開返向器前逐步卸載和承載，以減小沖擊，降低噪音。通過優化返向器返向槽的曲率半徑，盡量減小離心力，使滾柱返向更加平穩。
　　
　　（2）通過優化返向通道結構，使滑塊在滿足承載要求的前提下，結構更加緊湊，返向更加流暢。由于確保了滾動體處于油膜接觸狀態，因而降低了高速運動時的噪聲，使運動更平穩。
　　
　　（3）以滾柱的接觸特性、赫茲壓力和整體質量為優化目標，以滾柱直徑、滑塊返向器等幾何參數以及材料性能為變量，采用優化數值算法進行優化，改進滾柱導軌副的結構設計。
　　
　　高速、精密滾珠絲杠副（KD4016X2200和KD4020X2450）關鍵工藝技術
　　
　　1.工藝措施
　　
　　為了保證返向通道孔與螺紋滾道的嚴格位置關系，在加工螺母時，選用車銑復合設備，確保加工出的返通道基準孔與螺紋滾道精度高，并通過鉆、擴和鉸等方式加工反向通孔，保證了孔對螺紋中心的平行度及表面粗糙度。針對返向器出入口的加工，全部采用訂制的高精度硬質合金銑刀。通過采用車銑復合工藝，由高精度數控機床來保證返向通道與螺紋滾道的位置關系，從而顯著提高了產品的加工精度和加工效率。
　　
　　2.循環系統優化
　　
　　針對本系列滾珠絲杠副高速的特點，優化設計了循環系統，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，形成滾珠滾動的封閉通道。
　　
　　循環回路：此循環系統路徑與螺旋滾道平滑連續連接。徑向觀察，循環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：由于滾珠絲杠副經常處于高速運動狀態，對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。在力學模型模擬及有限元分析的基礎上，對返向器的返向曲線曲率進行了優化設計，進一步提高了滾珠返向時的流暢性。通過選用高強度的工程塑料，顯著提高了返向器的強度，滿足了使用要求。為了確保美觀以達到視覺的協調一致，選用了桔黃色。
　　
　　3.裝配工藝改進
　　
　　制定了高精度滾珠絲杠副裝配工藝。通過對產品反復清洗以及對鋼球進行選配，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一致，使其預緊力符合裝配工藝要求，運動狀態達到*。
　　
　　4.關鍵工序控制
　　
　　對滾珠絲杠副的生產進行全過程跟蹤記錄，嚴格按工藝執行，并嚴格工序檢驗。對于“精磨滾道”這一關鍵工序，設置質量控制點，嚴格控制橢圓度及錐度。在測量時，采用測頭與鋼球大小一致的德國進口球頭千分尺取代傳統的三針測量法進行測量，測量精度達到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格，精磨后的滾珠絲杠及滾珠螺母滾道，其粗糙度應達到Ra0.4μm以上，因此選用了粒度細、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計要求。對于螺母滾道的磨削，優選了齒形保持性好的諾頓昆鵬系列砂輪，進行了高速小進給磨削，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，為此而優選訂購了高精度的金剛滾輪。結合實際應用經驗，對金剛滾輪的結構進行了改進，保證了金剛滾輪外圓及端面跳動不大于0.002mm,從而排除了裝夾造成的誤差。實踐證明，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，滿足了設計要求。
　　
　　滾柱直線導軌副（LZG45KL2F22、LZG55KL2F22和LZG65KL2F22）關鍵工藝技術
　　
　　1.工藝措施
　　
　　通過優化導軌和滑塊的加工工藝路線，大大減少了裝夾次數，提高了加工效率及產品的加工精度，產品合格率明顯提高。
　　
　　通過采取合理分配精磨留量并保持一定次數的往復無火花磨削等措施，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，使滑塊返向孔達到設計要求。
　　
　　2.返向器設計
　　
　　由于滾動直線導軌副常處于高速直線運動狀態，因而其總體性能及可靠性十分重要，尤其是對返向器部分的設計制造相當重要。通過三維仿真，優化設計了十字交叉式返向結構，采用高強度工程塑料，有效解決了返向流暢性問題，滿足了使用要求。
　　
　　3.裝配工藝
　　
　　精心設計裝配工藝，產品經反復清洗、測試后，其預緊力及動、靜載荷符合裝配工藝要求，運動狀態良好。
　　
　　4.關鍵工序控制措施
　　
　　直線滾動導軌副由滑塊和導軌兩大關鍵部件組成，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面的位置精度、滾道粗糙度、導軌直線度以及滾道與基準面的平行度等。滑塊、導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
　　
　　導軌、滑塊精磨后，要求其滾道粗糙度達到Ra0.4μm以上，同時，滾道及其成形面的幾何精度也應滿足設計要求。磨削時采用往復式成形磨削，因而切除率高，負荷大，發熱量也大。根據上述要求，選用了粒度細、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。選用陶瓷結合單晶剛玉的砂輪，降低了切削負荷，避免了燒傷，并能吸收振動。
　　
　　6.砂輪的修整
　　
　　用于導軌、滑塊磨削的成形砂輪，對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動裝置，確保了滿意的修整效果。在修整時，需要確保冷卻液的流動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：弗戈工業在線）