滾珠絲杠滾道表面的研磨

滾珠絲杠直接決定數(shù)控機(jī)床的加工精度、精度穩(wěn)定性和保持力，是高檔數(shù)控機(jī)床的核心執(zhí)行部件。在國家重大科技項(xiàng)目的支持下，行業(yè)龍頭骨干企業(yè)滾珠絲杠，產(chǎn)品在剛性和綜合性能方面取得了顯著進(jìn)步，但精度保持時(shí)間與海外滾珠絲杠，高端副產(chǎn)品相比仍有明顯差距，成為制約國內(nèi)滾珠絲杠副產(chǎn)品在高檔數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用的突出瓶頸問題。通過對(duì)數(shù)控機(jī)床企業(yè)的實(shí)地調(diào)研和國家科技重大承擔(dān)單位前期的大量可靠性試驗(yàn)表明，影響滾珠絲杠二級(jí)精度保持時(shí)間低的主要失效形式之一是磨損，磨損導(dǎo)致精度損失加速，影響產(chǎn)品行業(yè)認(rèn)可度。該行業(yè)突出的共性基礎(chǔ)技術(shù)問題，成為國內(nèi)滾珠絲杠趕超或趕超國外高端產(chǎn)品的關(guān)鍵。

滾珠絲杠是數(shù)控設(shè)備的核心部件之一，它可以將絲杠或螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為沿絲杠軸向的直線運(yùn)動(dòng)，也可以將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。與接觸螺旋面間滑動(dòng)摩擦阻力大的滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)不同，滾珠絲杠副將滾珠置于絲杠與螺母滾道之間，克服了運(yùn)動(dòng)時(shí)低值和占優(yōu)勢的滾動(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、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(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。特別是在有特殊要求的場合（如重型機(jī)械和航空航天），滾珠絲杠發(fā)揮著不可替代的作用。

精密和超精密加工技術(shù)與裝備在現(xiàn)代軍事、航空航天工業(yè)和高端民用產(chǎn)品制造中發(fā)揮著非常重要的作用，對(duì)我國工業(yè)的發(fā)展具有重要影響。超精密加工主要包括以下領(lǐng)域：超精密切削（車銑）、超精密磨削、超精密磨削和拋光(機(jī)械磨削、機(jī)械化學(xué)磨削和拋光等。超精密特種加工（電子束、離子束、激光束加工等）和新開發(fā)的納米技術(shù)。

磨削是精密零件的精密加工方法之一，是工業(yè)社會(huì)早期出現(xiàn)，然后開始大規(guī)模推廣應(yīng)用的精密加工方法。在各種精密加工方法中，精密切削和精密磨削的實(shí)現(xiàn)在很大程度上依賴于加工設(shè)備、加工刀具等相關(guān)技術(shù)的支持，并且受到環(huán)境因素的影響和限制，要真正實(shí)現(xiàn)高精度加工是非常困難的。精密磨削技術(shù)以其獨(dú)特的加工原理、簡單的加工設(shè)備結(jié)構(gòu)、對(duì)設(shè)備制造精度和環(huán)境因素的低要求，成為精密加工技術(shù)的重要組成部分。

磨削技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬的高精度加工，許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究。研究了鉭鎢鉿合金的超精密鏡面磨削，并使用了幾種氧化鋁和碳化硅顆粒進(jìn)行磨削實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，使用氧化鋁磨料時(shí)，鉭鎢鉿合金表面會(huì)產(chǎn)生裂紋。磨削壓力過高時(shí)，磨料容易嵌入工件表面，使表面質(zhì)量變差，還對(duì)鋁合金手機(jī)外殼進(jìn)行了超精密鏡面加工實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，拋光壓力越高，工件加工效率越高，但粗糙度不斷增加。粒度越小，單位面積的單個(gè)磨粒力越小，加工效率越低，但表面質(zhì)量越高。拋光墊的粗糙度越大，儲(chǔ)存的拋光液越多，加工效率越高。但表面去除的殘?jiān)菀琢粼趻伖鈮|中，導(dǎo)致工件容易被劃傷。在鋁合金球體鏡面拋光的研究中，結(jié)果表明，當(dāng)使用較細(xì)的磨粒時(shí)，工件的表面粗糙度不隨磨削壓力而變化。四軸球磨機(jī)用于研磨鈦球表面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磨粒尺寸越大，磨粒切削深度越大，表面粗糙度越大。磨削速度對(duì)工件表面粗糙度的影響不明顯；增加研磨壓力會(huì)降低球體加工表面的粗糙度。

磨削是提高滾珠絲杠導(dǎo)程精度和改善表面質(zhì)量的有效手段。一般來說，滾珠絲杠光整是用砂輪磨削鋼絲杠外滾道，以滿足加工精度要求。然而，隨著工業(yè)需求的不斷提高，用砂輪磨削滾珠絲杠副很難滿足需求。精密磨削通常不僅適用于各種設(shè)備，而且可以在不同的環(huán)境下加工螺釘。因此，與傳統(tǒng)的用砂輪磨削滾珠絲杠的方法相比，磨削在絲綢杠外滾道的高精度加工中越來越重要。第一臺(tái)光柵刻劃機(jī)的螺桿就是用磨削制成的，雖然近年來螺紋車削和磨削的精度有了很大的提高，但國內(nèi)外仍有許多廠家采用磨削技術(shù)來提高和修復(fù)螺桿的精度。此外，對(duì)于經(jīng)常作為螺桿研究參考的滾動(dòng)軸承，國內(nèi)外制造企業(yè)也采用磨削來超精加工內(nèi)外圈滾道和軸承滾珠。因此，采用磨削技術(shù)精加工螺紋滾道是非?？尚械?。