解决滚珠丝杠副实现高速化主要矛盾

      1.发展热补偿及热抑制技术

       滚珠丝杠副的发热量由摩擦力矩及转速求得，定位精度与丝杠热膨胀有关。当进给速度高时，滚珠丝杠副产生的热量无法实时散发而造成温升，引起滚珠丝杠变形。长时间加工时无法确保工件与刀具的相对位置，使加工精度降低。一般常用的方式是利用丝杠预拉伸来补偿，或采用中空丝杠利用冷却液从中间带走热量，减小变形，缩短了达到温度稳定状态的时间。其他的热变形对策还有丝杠气冷、丝杠螺母双注油孔，头尾轴承座强制油润滑等来排除热量。如丝杠披覆材质、遮热板、热对称结构、热源空间布置等热抑制技术亦值得考虑。据有关试验表明：当未采取减噪、减振措施时，滚珠丝杠转速每增加1000r/min,噪声增高4~5dB(A),滚珠螺母温度升高5~6℃。只用增加丝杠的转速来提高进给驱动速度是不明智的。在高速运转时丝杠轴的热变形是加工误差的来源之一。同时为了提高系统刚性对丝杠轴预拉伸也会产生热量。解决发热问题的有效办法是将冷却液通人空心丝杠内部进行强制循环冷却。空心丝杠轴还有助于减小高速运转时的惯性，增加丝杠轴的扭曲刚度。国内多家骨干企业完成了大型空心滚珠丝杠的深孔加工，并从中摸索出合金钢精密深孔工艺的经验，可提高速滚珠丝杠生产中推广应用。

        2.解决滚珠循环系统强度问题

        在滚珠的转速加快时，反复的冲击力会使滚珠丝杠副的滚珠循环系统结构减弱。往往造成循环系统中反向器因冲击疲劳而容易断裂。解决方式除加强反向器强度设计外，亦可修改循环路径，可使滚珠丝杠Dn值提升70%.另外在评估高速循环系统路径与新的滚道面设计时，除考量路径曲率连续性之外，还应考量滚珠高速回转的离心力效应而予以修正滚道面外形。为减小离心力，可采用两种方式：小滚珠直径及采用轻量滚珠。

       3.采取降低噪声与抑制振动措施

       高速进给噪声的来源主要有滚道面表面粗糙度、滚道面形状、转速和滚珠与滚珠碰撞等，由此可见Dn值与滚珠大小是重要因子。增大导程、降低转速是降低噪声的方式之一，但增大导程会影响滚珠数与螺母长度，可用多头螺纹与多圈数克服。另外，滚珠丝杠副回转时的共振现象亦应考虑，它与两端固定的方式有关。对于高速运行条件应以固定一固定方式安装为宜，配合前述的中空轴的设计不仅有散热功能，亦可利用轴内液体减振，同时危险速度也提高了27%.滚珠丝杠配合高速小惯量伺服电动机，可使进给速度达40m/min以上，加速度提高至0.5-1g(因为加速度与滚珠丝杠副加伺服电动机的惯性矩成反比）。螺母滚道面的加工精度影响高速进给的精度与噪声。在兼顾高速化及高精度化条件下，采用多头螺纹与多圈数是有效提高精度、降低噪声的方式之一，能有效地降低噪声20%.

        4.解决螺旋滚道面润滑油膜变形造成润滑不均问题

        高速回转除因离心力易造成润滑不足外，高速进给伴随着高加减速运动，根据试验在角加速度1500rad/s2时可能使滚珠由滚动转为滑动，即容易破坏油膜厚度的不稳定性造成润滑不均导致加剧磨耗和温升。高转速时，润滑油膜不易建立，须采用特殊润滑方式，可仿照高速轴承采用强制循环润滑方式。为减小摩擦力，润滑油应采用低粘性油。此时，润滑性会降低，所以必须添加如抗沫剂等可改善润滑油的添加剂。

        5.考虑预紧力变化对高转速滚珠丝杠副进给速度影响

        一般中低转速滚珠丝杠副注重精度及刚性，高转速滚珠丝杠副注重进给速度，两者必有不同的预压机制。虽然很难获得精确的预压力值，但以各种不同的预压弹簧力配合压缩距离可得到预紧力大小的特征值，进而与测量温升值进行比较。此外，滚珠丝杠副的高加减速问题亦应一并考量。高速化引起的加速度增大是无法避免的。特别是综合加工中心需要高加减速驱动时，滚珠丝杠副单位时间的反复负荷也变大，其所产生的惯性力会诱发结构体的振动而降低疲劳寿命，设计时应该提高大负荷容量和高刚性来适应。

        6.综合考虑滚珠丝杠轴系的系统刚度和丝杠副的轴向刚度

        滚珠丝杠副的最大工作转速不能超过产生共振的临界转速ncon.与丝杠的材质、螺纹外径、两端支承方式、支承间距等因素有关。随着科学技术的发展，n值也在不断提高。滚珠在螺纹滚道和返向装置中既通畅又可靠地循环滚动的安全转速。要实现高速化，必须通过改进滚珠螺母返向装置、提高制造精度、安装精度和支承刚度来提高滚珠丝杠副Dn值。现现在Dn值已由70000提高到150000.为了改善滚珠丝杠副的加（减）速度特性，提高对运动指令的快速跟踪能力，必须提高滚珠丝杠轴系的系统刚度和丝杠副的轴向刚度，减小起动和停止瞬间弹性变形，解决滚珠丝杠副及周边元件在高速运行中的可靠性问题。