高速加工是面向21世紀的一項高新技術,它以高效率、高精度和高表面質量為基本特征,在航天航空、汽車工業、模具制造、光電工程和儀器儀表等行業中獲得了越來越廣泛的應用,并已取得了重大的技術經濟效益,是當代先進制造技術的重要組成部分。為了實現高速加工,首先要有高速數控機床。高速數控機床必須同時具有高速主軸系統和高速進給系統,才能實現材料切削過程的高速化。為了實現高速進給,國內外有關制造廠商不斷采取措施,提高滾珠螺桿的高速性能。主要措施有:

1 適當加大螺桿的轉速、導程和螺紋頭數。

目前常用大導程滾珠螺桿名義直徑與導程的匹配為:40mm×20mm,50mm×25mm,50mm×30mm等,其進給速度均可達到60m/min以上。為了提高滾珠絲桿的剛度和承載能力,大導程滾珠螺桿一般采用雙頭螺紋,以提高滾珠的有效承載圈數。

2 改進結構,提高滾珠運動的流暢性。

改進滾珠循環反向裝置,優化回珠槽的曲線參數,采用三維造型的導珠管和回珠器,真正做到沿著內螺紋的導程角方向將滾珠引進螺母體中,使滾珠運動的方向與滾道相切而不是相交。這樣可把沖擊損耗和噪聲減至最小。

3 采用“空心強冷”技術。

高速滾珠螺桿在運行時由于摩擦產生高溫,造成螺桿的熱變形,直接影響高速機床的加工精度。采用“空心強冷”技術,就是將恒溫切削液通入空心絲桿的孔中,對滾珠螺桿進行強制冷卻,保持滾珠副溫度的恒定。這個措施是提高中、大型滾珠螺桿高速性能和工作精度的有效途徑。

4 對于大行程的高速進給系統,可采用螺桿固定、螺母旋轉的傳動方式。

此時,螺母一邊轉動、一邊沿固定的螺桿作軸向移動,由于絲桿不動,可避免受臨界轉速的限制,避免了細長滾珠螺桿高速運轉時出現的種種問題。螺母慣性小、運動靈活,可實現的轉速高。

5 進一步提高滾珠螺桿的制造質量。

通過采用上述種種措施后,可在一定程度上克服傳統滾珠螺桿存在的一些問題。其快速移動速度可達60m/min,個別情況下甚至可達90m/min,加速度可達m/s2。由于滾珠螺桿歷史悠久、工藝成熟、應用廣泛、成本較低,因此在中等載荷、進給速度要求并不十分高、行程范圍不太大小于4～5m的一般高速。