滾珠絲杠的磨損特性分析
滾珠絲杠的磨損特性分析
滾珠絲杠是數(shù)控裝備的核心部件之一，其可將絲杠活螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為沿絲杠軸向的直線運(yùn)動(dòng)，也可將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，與接觸螺旋面存在較大滑動(dòng)摩擦阻力的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)不同，滾珠絲杠將滾珠至于絲杠和螺母滾道之間，運(yùn)動(dòng)是克服數(shù)值較低且占主要地位的滾動(dòng)摩擦，所需驅(qū)動(dòng)力矩僅為滑動(dòng)絲杠的三分之一。由于滾珠絲杠具有定位精度好、傳動(dòng)效率高、可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被普遍使用在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中傳遞力和運(yùn)動(dòng)，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵功能部件，尤其是有特殊工況下（重載機(jī)械、航天航空），滾珠絲杠起到了不可替代的作用。作為數(shù)控機(jī)床的核心基礎(chǔ)部件，滾珠絲杠的性能直接影響到機(jī)床的性能。如：滾珠絲杠的精度和剛性關(guān)系到機(jī)床的精度和剛性；滾珠絲杠的最大速度關(guān)系到高速機(jī)床的性能；對(duì)于滾珠絲杠的噪聲與溫升，其振動(dòng)會(huì)影響工件表面加工質(zhì)量，溫升產(chǎn)生的軸向熱位移影響加工中進(jìn)給軸的定位精度等。
近年來(lái)滾珠絲杠產(chǎn)品不斷向高性能方向發(fā)展，雖然我國(guó)滾珠絲杠生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量及批量生產(chǎn)技術(shù)上有明顯的提高，但在高端產(chǎn)品上，滾珠絲杠的精度、最高速度、噪音、溫升等控制方面均明顯落后于國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品，同事也是提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段之一。
在數(shù)控技術(shù)想高速化、精密化發(fā)展的前提下，滾珠絲杠存在使用壽命短、溫升快、可靠性差、磨損失效快等一系列問題，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)加工的質(zhì)量。國(guó)產(chǎn)滾珠絲杠在高端產(chǎn)品上性能明顯落后于國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品，其中一個(gè)原因就是精度保持性基礎(chǔ)理論研究嚴(yán)重缺失。精度保持性日益成為滾珠絲杠的重要性能指標(biāo)，該指關(guān)系到我國(guó)饞滾珠絲杠的被信任度，關(guān)系到中國(guó)裝備時(shí)候裝備中國(guó)功能部件，如何提高滾珠絲杠的精度保持性解決。
精密與超精密加工技術(shù)及裝備在現(xiàn)代軍事、航空航天工業(yè)及高端民用產(chǎn)品的制造領(lǐng)域中具有非常重要的地位，對(duì)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展具有重要的影響作。超精密加工主要包括以下幾個(gè)領(lǐng)域：超精密切削加工（車削與銑削）、超精密磨削加工、超精密研磨拋光加工（機(jī)械研磨、機(jī)械化學(xué)研磨和研拋等）、超精密特種加工（電子束、離子束和激光束加工等）以及新近發(fā)展起來(lái)的納米技術(shù)。
研磨加工是精密零件的精密加工方法之一，是一種在工業(yè)社會(huì)早期就已經(jīng)出現(xiàn)并隨后開始大規(guī)模推廣應(yīng)用的精密加工手段。在各種精密加工方法中，精密切削、精密磨削的實(shí)現(xiàn)在很大程度上依賴于加工設(shè)備、加工工具以及其他相關(guān)技術(shù)的支持，并受環(huán)境因素的影響和限制，要真正實(shí)現(xiàn)高精度的加工十分困難。而精密研磨技術(shù)由于具有加工原理獨(dú)特、加工設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備制造精度和對(duì)環(huán)境因素要求不高等特點(diǎn)，已成為精密加工技術(shù)中的一個(gè)重要部分。
當(dāng)工件表面粗糙度達(dá)到一定精度，決定其可靠性的主要因素是表面殘余應(yīng)力、微硬度等物理性能。由于兩根絲杠材料相同，在計(jì)算時(shí)使用了相同的屈服極限進(jìn)行計(jì)算；對(duì)于已磨絲杠出現(xiàn)的計(jì)算值整體處于測(cè)量值之上的情況，認(rèn)為是研磨帶來(lái)的絲杠材質(zhì)物理性能改善的結(jié)果，即殘余壓應(yīng)力的提高，這一點(diǎn)在摩擦力矩的對(duì)比中也有反映。表面殘余應(yīng)力是材料的表面力學(xué)性能之一，對(duì)材料的疲勞斷裂、磨損和腐蝕等失效形式有重要影響，優(yōu)化材料表面力學(xué)性能是提高材料整體性能和壽命的有效手段。因此，綜合兩根絲杠行程誤差、摩擦力矩的變化規(guī)律以及行程誤差測(cè)量值與計(jì)算值的對(duì)比情況，認(rèn)為研磨工藝不僅可以增加絲杠的精度儲(chǔ)備量，其對(duì)絲杠材質(zhì)性能的改善有助于降低絲杠的精 度損失速度，延長(zhǎng)絲杠精度壽命。
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