基于试验方法的滚珠丝杠副静刚度检测技术应用

机床/附件/工装Machine Tools/accessories/FixTure基于试验方法的滚珠丝杠副静刚度检测技术应用■■陕西汉江机床有限公司　（汉中　723000）　赵　娜　王　蕾　黄　辉性及稳定性。扫码了解更多摘要：本文针对某企业所需滚珠丝杠副的静刚度方面要求，对产品运用单一变量法获得静刚度指标，提高改善产品刚度一致随着经济的发展和国家层面智能制造的提出，使得机床的综合性能显得尤为重要，而机床的主要功能部件滚珠丝杠副的静刚度指标直接影响高精加工机床的综合性能。然而国内滚珠丝杠副生产企业对于静刚度的检测方面研究较少，因此采用何种试验方法对滚珠丝杠进行静刚度检测显得尤为关键。鉴于我厂承接了某企业的产品研发，为了满足产品刚度要求及设计结果反馈，我厂通过模拟实际工况，结合特定工装对产品进行相应的静刚度检测试验。由于待测产品在实际工况下载荷方向为轴向，且变形量在微米级，因此该试验通过计算机控制试验台的加载及卸载，采用系统集成电气元件实时精准采集丝杠副轴向微小位移及载荷数据，结合系统后台处理绘制分析静刚度曲线。总体采用同一规格多组滚珠丝杠副单一变量法进行试验，将多次采集得到的数据进行算术加权平均值的求解，最终汇总分析产品的静刚度情况。现以某产品滚珠丝杠副（编号：SY001-01、SY001-02和SY001-02A）进行试验对比。结合试验方案，对试验对象SY001系列3种规格的丝杠副进行相应的结构设计，关键结构参数如表1所速为100～1 000r/min，滚压深度 t＝0.01～0.02mm。产品加工现场如图3所示。本阀门阀座密封面精加工装置结构简单，加工时间短，操作方便，阀门阀座密封面粗加工后，用滚压头一次精轧，10s左右可以完成，滚压深度0.01～0.02mm，加工时间是研磨加工的1/10～1/20，可省去研磨工序，降低成本，加工后的阀门阀座密封面的表面粗糙度值Ra从6.3～3.2μm降低到0.8～0.1μm，精度图3　产品加工大幅提高，角度尺寸保持一致，加工后的阀门阀座密封面表面硬度可提高40HV以上，改善了阀门阀座密封面表面状态。同时，本阀门阀座密封面精加工装置可以方便的在普通的大、中、小车、镗、钻、铣等机床上进行。较好地解决了核级仪表截止阀阀座密封面精度高难加工的问题。参考文献：[1] 金仁钢.实用冷挤压技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.（收稿日期：20180529）562018年 第10期www.mw1950.com冷加工示。

根据试验方案，每种规格30组试验数据，SY001系列3种规格共90组数据，由于数据量较大，在此仅以SY001-01的试验数据为例进行说明。

当外露试验台尺寸为60mm，加载力分别为6kN、4kN和2kN时丝杠副对应的“加载静刚度”、“卸载静刚度”之间的变化折线统计图和数据分布图如图1所示。

结合图1规律，加载力6kN、4kN和2kN时，加载及卸载静刚度值略有上下浮动变化，但变化幅度较小，经汇总得出加载力与静刚度关系值如表2所示。

此次刚性试验的滚珠丝杠副的反向器采用自制腰形和外购腰形两种方式，自制腰形反向器是我厂自主研发的一种与螺母过盈配合的金属固定型反向器，而外购腰形反向器则是一种与螺母间隙配合的金属固定型反向器。应某企业需求特针对SY001-02与SY001-02A丝杠副分别采用自制腰形和外购腰形反向器，其余结构参数相同，由该两结构丝杠副静刚度试验数据，通过SY001-02与SY001-02A丝杠刚度及变形量数据表信息进行分析，绘制加载力与静刚度关系图（见图2）和加载力与变形量关系图（见图3）。

由加载力与静刚度变化关系可知，加载力3.5kN、7.5kN和11kN时，静刚度实际值相对刚度加权平均数浮动较小，因此该结构丝杠副可用静刚度加权平均数代表实际刚度值，即02结构刚度为461.7N/μm，02A结构刚度为363.8N/μm，同时说明自制腰型反向器结构的刚度比外购腰形反

机床/附件/工装

Machine Tools/accessories/FixTure表1　SY001系列丝杠副结构参数

丝杠型号SY001-01SY001-02SY001-02A

螺旋升角/（°）

2.734.554.55摩擦力矩/N·m0.331.021.02滚珠直径/mm466导程/mm61010额定静载荷/kN67.9101.5101.5额定动载荷/kN20.1

34.9

34.9

表2　加载力与静刚度均值关系（外露试验台尺寸：60mm）

加载力加载静刚度均值

卸载静钢度均值

6kN326.90337.684kN263.81309.022kN

191.59

246.53

图1 SY001-01加载及卸载刚度变化折线统计冷加工

2018年 第10期www.mw1950.com57

机床/附件/工装Machine Tools/accessories/FixTure图2　加载力与静刚度关系图3　加载力与变形量关系表3　丝杠副结构与刚度及变形量对照丝杠型号SY001-01SY001-02SY001-02A螺旋升角/（°）2.734.554.55摩擦力矩/N·m0.331.021.02滚珠直径/mm466导程/mm61010额定静载荷/kN67.9101.5101.5额定动载荷/kN20.134.934.9丝杠副静刚度/（N/μm）433.2467.1363.8丝杠副变形量/μm17.5216.0219.92582018年 第10期www.mw1950.com冷加工向器结构的刚度高26.91%，刚性性能较好。由加载力与变形量变化关系图可知，加载力3.5kN、7kN和10kN时，加载最大变形量加权平均数及卸载最大变形量加权平均数相对变形量加权平均数浮动较小，因此该结构丝杠副可用最大变形量加权平均数代表实际最大变形量，即02结构（自制腰型反向器）最大变形量16.02μm，02A结构（外购腰形反向器）最大变形量19.92μm，同时说明自制腰型反向器结构的最大变形量比外购腰形反向器结构少19.58%，变形量较小，钢性性能较好。结合滚珠丝杠副各结构加载力与加载静刚度、卸载静刚度及变形量对照表数据汇总，再通过模拟实际工况，可得试验对象SY001系列3种规格的滚珠丝杠副结构与刚度及变形对照表，如表3所示。通过试验可知，相同结构参数时，钢球越大，丝杠副刚度越大，变形量越小；自制腰型反向器比外购腰形反向器结构丝杠副的静刚度大，变形小。最终我厂选取最优结构，研制的产品通过了某企业的验收，满足了某企业的静刚度要求，所以该试验方法对于滚珠丝杠副的静刚度检测是可行的。参考文献：[1] 王文斌.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2007.[2] 赵明生.机械工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2005.（收稿日期：20180727）