2 产品结构创新是实现高速化的基础

1.      适度增大滚珠丝杠副的导程P_n和螺纹头数是实现高速化的最佳选择。我国早在1989年就完成了大导程滚珠丝杠副的“七?五”攻关，螺旋升角为f>9°～17°的大导程滚珠丝杠副已能批量生产。但是由于螺纹磨床传动链误差“基因”的遗传，导程越大，导程精度越难提高。因此，兼顾精度的需求，导程P_n的增大要适度，例如名义直径与导程的匹配d₀×P_n以40mm×20mm，50mm×25mm，50mm×30mm等为宜，线速度均可达到60m/min以上。而采用双头螺纹是为了增加滚珠的有效承载圈数，从而提高丝杠副的刚度和承载能力，提高滚珠螺母在高速运行中的平稳性。虽然超大导程滚珠丝杠副(f>17°)可以获得更高的线速度，但它很难满足精度和加(减)速度的要求。

2.      空心强冷。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入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。北京机床研究所曾于1997年与成都工具研究所合作，完成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，可在高速滚珠丝杠生产中推广应用。

Si₃N₄陶瓷与GCr15轴承钢物理性能对比表

3.        在滚珠上做足文章。在高速运动时，滚珠的自旋速度、公转速度、离心力、陀螺力矩都很大，滚珠相互间的撞击、进出反向机构时的瞬间冲击力也很大。解决这个问题有四个办法:①通过对滚珠链优化计算，适当减小滚珠直径;②采用空心钢球;③将滚珠链中的滚珠按一大一小间隔排列;④采用Si₃N₄氮化硅陶瓷球。

从上表可看出：Si₃N₄热压氮化硅陶瓷球具有硬度高、密度小(不到钢球的一半)、弹性模量大、热膨胀系数小、磨损慢和寿命高等特点，在高速运转时可大大减小滚珠的离心力(见下图)和进出反向机构的冲击力，由于滚动体的旋滚比(V_自旋/(V_滚动)减小，使自旋运动引起的滑移摩擦减少，从而降低丝杠副的噪声和温升，使d₀·n值得到提高。我国洛阳轴承研究所和山东工业陶瓷研究院等单位在“八?五”期间就开展了陶瓷球和混合轴承的研究，深圳南玻结构陶瓷公司已能生产3级精度的陶瓷球。图1 陶瓷球在滚动轴承中减小离心载荷的对比试验(SKF资料)