滚动功能部件产业化关键工艺技术及装备开发与应用

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1、滚动功能部件产业化关键工艺技术及装备开发与应用　采用三维建模软件Pro/E和有限元软件MSC.MARC，建立了滚珠丝杠的三维模型，对滚珠丝杠的工作状态进行动力学仿真分析。通过计算机仿真，获得了法向截面接触角、滚珠在回珠槽中的自旋速度和公转速度，从而更准确地反映出滚珠丝杠副的变形对动力学性能的影响。通过理论研究，得出如下结论：　　　　1.循环滚珠中心的线速度不高，自转速度却相当高；滚珠直径对旋滚比影响不大，但接触角对旋滚比的影响较明显，在接触角为38°时，旋滚比最小；滚珠的滑移率随螺旋升角和滚珠直径的增大而提高。　　　　2.滚

2、珠与丝杠滚道的接触压力和变形大于滚珠与螺母滚道的接触压力和变形。随着接触角的增大，接触压力和变形减小，螺旋升角对接触特性无显著影响，接触特性对曲率比的变化非常敏感，随着曲率比的增大，接触压力和变形显著提高。　　　　3.滚珠与返向器的碰撞角度越大，初始速度越高，则碰撞力越大。通过减小碰撞角度、采用小直径钢球或陶瓷球，以及采用工程塑料制作返向器，可以有效降低碰撞力。　　　　4.滚道加工误差增大了滚珠丝杠副的摩擦力矩，对摩擦力矩的影响具有“平均效应”。由于在滚珠丝杠接触副中很难建立完全的弹流油膜，所以因润滑不良而导致的摩擦系数过大

3、可能是滚珠丝杠副摩擦力矩较大的主要原因。　　　　5.端部偏转式返向结构的滚珠丝杠副的噪声主要来源于丝杠滚道波纹度激起的振动，其噪声明显小于插管式滚珠丝杠副，且音质有显著改善，是高速滚珠丝杠副的首选返向结构。　　　　主要技术创新　　　　1.高速滚珠丝杠副螺母循环返向结构优化设计　　　　当滚珠在螺母体及返向装置中高速运转时，螺纹滚道与返向的接口部位以及返向装置的回珠通道受到的冲击力和磨损最大。回珠曲线沿螺旋线的切线方向进出返向装置，可以减小钢球因运动方向发生变化而引发的撞击力。为保证钢球在双圆弧螺纹滚道与回珠通道之间的平滑过渡，

4、对回珠滚道的内径进行分段拟合，实现钢球逐步卸载和加载的效果。通过控制回珠通道与钢球的间隙，保证钢球在通道内不发生楔紧现象，同时又减小了摩擦力。与此同时，结合螺母承载能力以及冷、热加工性能，综合设计了螺母及返向装置的结构。　　　　2.高速滚柱直线导轨结构优化设计　　　　（1）通过对滑块返向器的结构进行优化设计，使得滚柱在进入和离开返向器前逐步卸载和承载，以减小冲击，降低噪音。通过优化返向器返向槽的曲率半径，尽量减小离心力，使滚柱返向更加平稳。　　　　（2）通过优化返向通道结构，使滑块在满足承载要求的前提下，结构更加紧凑，返向更

5、加流畅。由于确保了滚动体处于油膜接触状态，因而降低了高速运动时的噪声，使运动更平稳。　　　　（3）以滚柱的接触特性、赫兹压力和整体质量为优化目标，以滚柱直径、滑块返向器等几何参数以及材料性能为变量，采用优化数值算法进行优化，改进滚柱导轨副的结构设计。　　　　高速、精密滚珠丝杠副（KD4016X2200和KD4020X2450）关键工艺技术　　　　1.工艺措施　　　　为了保证返向通道孔与螺纹滚道的严格位置关系，在加工螺母时，选用车铣复合设备，确保加工出的返通道基准孔与螺纹滚道精度高，并通过钻、扩和铰等方式加工反向通孔，保证了孔

6、对螺纹中心的平行度及表面粗糙度。针对返向器出入口的加工，全部采用订制的高精度硬质合金铣刀。通过采用车铣复合工艺，由高精度数控机床来保证返向通道与螺纹滚道的精确位置关系，从而显著提高了产品的加工精度和加工效率。　　　　2.循环系统优化　　　　针对本系列滚珠丝杠副高速的特点，优化设计了循环系统，包括轴向横穿螺母的返向通道及安装于螺母首尾两端的返向器。通过返向器连接返向通道和螺纹滚道，形成滚珠滚动的封闭通道。　　　　循环回路：此循环系统路径与螺旋滚道平滑连续连接。径向观察，循环路径配合滚珠丝杠螺旋升角同螺纹滚道平滑连接，如图1所示

7、；轴向观察，循环路径和螺旋滚道沿切线方向连接，如图2所示。　　图1径向观察循环路径　　图2轴向观察循环路径　　　　返向器：由于滚珠丝杠副经常处于高速运动状态，对返向器的冲击十分频繁，所以其耐冲击性及可靠性非常重要。在力学模型模拟及有限元分析的基础上，对返向器的返向曲线曲率进行了优化设计，进一步提高了滚珠返向时的流畅性。通过选用高强度的工程塑料，显著提高了返向器的强度，满足了使用要求。为了确保美观以达到视觉的协调一致，选用了桔黄色。　　　　3.装配工艺改进　　　　制定了高精度滚珠丝杠副装配工艺。通过对产品反复清洗以及对钢球进行

8、精确选配，确保了滚珠螺母原始径向间隙的一致，从而保证了A、B两滚珠螺母的接触点一致，使其预紧力符合装配工艺要求，运动状态达到最佳。　　　　4.关键工序控制　　　　对滚珠丝杠副的生产进行全过程跟踪记录，严格按工艺执行，并严格工序检验。对于“精磨滚道”这一关键工序，设置质量控制点，严格控制椭圆