黃祖堯

制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在地球資源不斷枯竭、環(huán)境狀況日益惡化的今天，樹立科學(xué)發(fā)展觀，走可持續(xù)發(fā)展之路，已成為新型工業(yè)化和低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的基本理念和唯一選擇，制造業(yè)實(shí)施低能耗、低物耗、低污染、低排放已成為不可推卸的社會(huì)責(zé)任。研究表明:產(chǎn)品的性能有70%～80%是由產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段所決定的，而綠色設(shè)計(jì)對(duì)節(jié)能、降耗、環(huán)保的貢獻(xiàn)率可達(dá)70%以上。

在低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代，滾動(dòng)功能部件的研發(fā)、創(chuàng)新和產(chǎn)品設(shè)計(jì)都應(yīng)以生態(tài)環(huán)境意識(shí)和綠色科技理論作為指導(dǎo)準(zhǔn)則。新一代的數(shù)控機(jī)床及其核心功能部件必須把高效率、高精度、高可靠性、資源和能源的高利用率以及低能耗、低排放作為追求的目標(biāo)，而綠色制造（Green Manufacturing）、智能制造（Intelligent Manufacturing）將是未來制造業(yè)發(fā)展的走向，并成為高端數(shù)控機(jī)床的重要標(biāo)志和市場競爭的新亮點(diǎn)。

眾所周知，在數(shù)控機(jī)床中，核心功能部件作為單元技術(shù)的載體，其“功能”通過主機(jī)的集成組合與CNC控制，從而達(dá)到總體性能和精度的要求。其實(shí)，滾動(dòng)功能部件（滾珠絲杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副……）從本質(zhì)上分析，它們就具有“高效率”、“省能”、“長壽命”等特性，再通過三維CAD綠色設(shè)計(jì)，可放大“綠色功能”，成為數(shù)控機(jī)床綠色制造的有力推手，讓綠色智能數(shù)控機(jī)床熠熠生輝。

1 提高流暢性是提升產(chǎn)品性能的關(guān)鍵

滾動(dòng)摩擦是各類滾動(dòng)功能部件的最基本特征，由小摩擦系數(shù)（μ=0.002 5～0.003 5）所派生出高傳動(dòng)效率（η＞85%（逆），η＞95%（正））和高速特性（d0n≥（12～20）×104mm·r/min）。但是，它與滾動(dòng)軸承卻有很大差異，其受力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更為復(fù)雜，并非純滾動(dòng)。滾動(dòng)體需要借助于“循環(huán)返向裝置”完成周而復(fù)始往復(fù)不斷的循環(huán)滾動(dòng)。因此，需要從滾道、滾動(dòng)鏈、循環(huán)返向裝置三個(gè)環(huán)節(jié)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來解決“流暢性”的問題。海外知名品牌的企業(yè)，都在這個(gè)基礎(chǔ)領(lǐng)域狠下功夫使產(chǎn)品性能大幅提高。

1.1 滾道形狀和主參數(shù)

滾動(dòng)體在滾道中的工作狀態(tài)隨載荷大小、運(yùn)動(dòng)速度和方向的變化而發(fā)生變化，對(duì)滾道形狀和主參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的就是通過三維實(shí)體建模，運(yùn)用有限元分析在各種工況下的受力和變形規(guī)律、研究滾動(dòng)摩擦機(jī)理，從而獲得最佳滾道截形、滾道曲率rs·rn、接觸角α、適應(yīng)度fr等主參數(shù)，達(dá)到降低摩擦耗損，提高能效，滿足流暢性的要求。

1.2 循環(huán)返向裝置

滾動(dòng)體在進(jìn)出返向裝置的瞬間，其受力狀態(tài)、滾動(dòng)方式，運(yùn)動(dòng)方向均發(fā)生變化，并重復(fù)出現(xiàn)Brinell效應(yīng)，即布氏撞擊耗損。以滾珠絲杠副為例，無論什么循環(huán)方式，通過三維CAD設(shè)計(jì)，應(yīng)用有限元軟件分析返向過程中的最大應(yīng)力變化，并遵循“滾動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)軌跡始終與絲杠副的螺旋線（包括中徑Dpw，螺旋升角φ）保持相切對(duì)接（而不是相交對(duì)接）狀態(tài)”的原則，就可以最大限度降低布氏撞擊耗損，達(dá)到提高流暢性的目的。圖1為端部導(dǎo)流軸向返向的典型結(jié)構(gòu)。對(duì)于插管式外循環(huán)而言，除遵循“相切”原則之外，增加“管壁”和“管舌”強(qiáng)度，提高管道的曲率和管孔的圓度亦尤為重要。

1.3 滾動(dòng)鏈

為了避免在循環(huán)滾動(dòng)過程中滾動(dòng)體之間的相互摩擦、碰撞和擠壓，可采用間隔滾動(dòng)鏈，即采用［D+w+D－w++w］，滾動(dòng)體直徑Dw一大一小的排列。還可采用鋼球與陶瓷球間隔混合排列，即［Steel+Si3N4+Steel+Si3N4］的排列方式。近年，具有自潤、降噪、減摩功能的滾動(dòng)體隔離鏈（見圖2）已成為綠色環(huán)保的時(shí)尚結(jié)構(gòu)。

2 輕量化成為高速、高能效的追求目標(biāo)

低能耗促進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的輕量化。作為能耗較大的數(shù)控機(jī)床，減小運(yùn)動(dòng)部件的體積和質(zhì)量是降低驅(qū)動(dòng)功率的重要措施，而對(duì)于高速數(shù)控機(jī)床，所有運(yùn)動(dòng)部件必須滿足最小運(yùn)動(dòng)慣量的要求，以達(dá)到所需的加（減）速度指標(biāo)。輕量化包括運(yùn)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)的簡化，布局的優(yōu)化和材質(zhì)的改進(jìn)等。滿足強(qiáng)度和剛度要求的輕質(zhì)材料和它的制造技術(shù)是輕量化設(shè)計(jì)關(guān)注的焦點(diǎn)。作為運(yùn)動(dòng)部件的滾珠絲杠副和滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，已經(jīng)或正在采取以下措施:

滾珠絲杠、滾珠螺母組件、滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)滑塊通過優(yōu)化設(shè)計(jì)在滿足剛度強(qiáng)度的前提下，“減肥”和空心化，并選用優(yōu)質(zhì)鋼材和強(qiáng)化處理。例如THK公司推出中空輕型SSR系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌與同規(guī)格比較，減重40%。該公司把碳纖維用于重載滾珠絲杠副的反向裝置，既增加了強(qiáng)度又減輕了質(zhì)量。而滾動(dòng)體的輕量化包括:Si3N4陶瓷球（材質(zhì)密度3.2 g/cm3，是鋼球的40%）、高強(qiáng)度空心鋼球（見圖3）、空心滾子等。當(dāng)采用Si3N4陶瓷球，其離心力比鋼球減小50%以上，可大大改善高速滾珠絲杠副的動(dòng)態(tài)特性并減小能耗。

據(jù)對(duì)空心圓柱滾子軸承的研究表明，當(dāng)對(duì)“空心度”進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的空心滾柱比實(shí)心滾柱的離心力減小40%，dn值提高2倍，因存在預(yù)應(yīng)力并有一定柔性，使空心滾子受載更均勻，剛度和回轉(zhuǎn)精度得到提高。無論是實(shí)心滾柱或空心滾柱，為避免出現(xiàn)“邊緣效應(yīng)”和“偏置載荷”并使?jié)L柱受力均勻，推薦采用“對(duì)數(shù)母線型滾柱”，它有利于減小摩擦耗損，提高流暢性。雖然空心滾珠在機(jī)床上很少用，但在航空航天等領(lǐng)域節(jié)能效果非常明顯，據(jù)介紹，在大力神軍用運(yùn)輸機(jī)內(nèi)貨倉的滾動(dòng)輸送面板中，大約有40 000個(gè)空心大鋼球，總重量減輕1 814 kg，每年節(jié)省航空燃油1.09×105L。

雖然空心滾動(dòng)體的制造難度較大，成本也高，在我國軸承行業(yè)中還尚未廣泛應(yīng)用，但都給我們研發(fā)精密高速和高性能綠色滾動(dòng)功能部件提供了可以借鑒的解決方案。

3 均載設(shè)計(jì)可挖掘產(chǎn)品潛能及延長使用壽命

眾所周知，“螺紋”具有傳動(dòng)、聯(lián)結(jié)和緊固的功能，由于內(nèi)外螺紋的螺旋線誤差、齒形誤差以及不同的受力狀態(tài)，外加載荷在螺紋的各圈中并非均衡分布。用于傳遞動(dòng)力的滾珠絲杠副（滾珠螺旋傳動(dòng)裝置），特別是重載滾珠絲杠副，如何使其載荷比較均衡地分布在各圈的承載滾動(dòng)體上，成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的重心。

在上世紀(jì)80年代，海外學(xué)者（例如:井沢実、稻葉善治、宮口和男、二宮瑞穗等）先后對(duì)高負(fù)荷工況下的滾珠絲杠副運(yùn)用光彈理論等方法試驗(yàn)研究不同受力狀態(tài)下的載荷均化問題，其成果用于指導(dǎo)生產(chǎn)，取得一定效果。

所謂“均載設(shè)計(jì)”，就是通過對(duì)產(chǎn)品（滾珠絲杠副）受力狀態(tài)的理論分析和試驗(yàn)，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，把外加負(fù)荷較平均地分?jǐn)偟矫總€(gè)受載滾動(dòng)體上，力爭做到“無零載”，“無過載”的均衡動(dòng)力傳遞。

借鑒海外的研究成果，經(jīng)過綜合分析判斷，筆者認(rèn)為在均載設(shè)計(jì)中，必須注意解決以下問題（其中某些問題常常被忽視）:

（1）對(duì)于高負(fù)荷的重載滾珠絲杠副，設(shè)計(jì)要求絲杠和螺母的螺旋線誤差，以及誤差的“走向”應(yīng)力求趨于一致，內(nèi)外齒形誤差應(yīng)“吻合”。對(duì)于雙頭（或多頭）螺紋，需嚴(yán)格控制內(nèi)外螺紋各條螺紋線之間的“分度誤差”。

（2）要求每個(gè)螺母（或者導(dǎo)軌副的“滑塊”）內(nèi)的滾動(dòng)體（滾珠、滾柱）其直徑誤差的一致性達(dá)到最佳化。在滾動(dòng)鏈中嚴(yán)禁大誤差的滾動(dòng)體混入?！芭睆阶儎?dòng)量”超過允許值，將導(dǎo)致“零載”或“過載”。

（3）在滾珠螺母體的周圍和軸向合理配置“反向器”，以滿足均載設(shè)計(jì)的要求（見圖4a、4b）。

（4）施加在滾珠絲杠、滾珠螺母的載荷，其作用力的中心應(yīng)通過絲杠副的軸心。為此，對(duì)絲杠（或螺母）的支承軸頸的同軸度應(yīng)提出嚴(yán)格要求。數(shù)控機(jī)床上的絲杠和螺母支撐座，三者的中心位置，應(yīng)精調(diào)到“三點(diǎn)同軸”的狀態(tài)，避免因偏心導(dǎo)致絲桿副承受“偏置載荷”。

（5）基于Hertz彈性變性理論，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能使?jié)L珠螺母和絲杠軸的有效斷面積接近。在設(shè)計(jì)滾珠螺母的安裝方式和受力方向時(shí)，應(yīng)使?jié)L珠螺母與絲杠軸處于同時(shí)受拉伸或受壓縮的狀態(tài)，使兩者彈性變形的方向趨于一致，以利于載荷的均化（見圖4a）。

圖4是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究分析后，推薦滾珠螺母安裝受力方式和返向器的配置方案。這是針對(duì)于電動(dòng)注塑機(jī)用高載荷滾珠絲杠副的實(shí)例。對(duì)用于大重型數(shù)控機(jī)床的重載滾珠絲杠副，同樣具有借鑒價(jià)值。

均載設(shè)計(jì)對(duì)于高負(fù)荷的重載滾珠絲杠副（包括滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副）是挖掘產(chǎn)品承載潛能、延長價(jià)格昂貴的大型、重載滾動(dòng)功能部件使用壽命、提高產(chǎn)品能效的綠色設(shè)計(jì)。

4 雙冷技術(shù)的效用

在數(shù)控機(jī)床中，針對(duì)各種熱源對(duì)機(jī)床熱變形的影響，常常需要對(duì)幾何誤差和熱誤差實(shí)施誤差補(bǔ)償。對(duì)于采用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的伺服進(jìn)給系統(tǒng)，傳統(tǒng)抑制熱變形的對(duì)策包括:對(duì)兩端固定支承的絲杠軸實(shí)施預(yù)拉伸;根據(jù)設(shè)定的進(jìn)給速度，用增大導(dǎo)程Ph來降低絲杠軸的轉(zhuǎn)速;對(duì)空心滾珠絲杠實(shí)施循環(huán)強(qiáng)制冷卻等。

對(duì)絲杠軸和滾珠螺母組件的熱態(tài)分析可以發(fā)現(xiàn):絲杠軸是屬于隨滾珠螺母位移變化的移動(dòng)熱源，而滾珠螺母內(nèi)部在傳動(dòng)的自始至終都處于產(chǎn)生摩擦熱的狀態(tài)，是散熱條件差的連續(xù)熱源?；谶@種判斷，海外不少知名企業(yè)推出滾珠螺母冷卻新產(chǎn)品（圖5）。據(jù)介紹，最高線速度可達(dá)120 m/min，冷卻系統(tǒng)對(duì)螺母預(yù)緊力不產(chǎn)生影響，比之絲杠冷卻，對(duì)工作臺(tái)的溫升要低3℃左右，能更好滿足高精度的要求。

我國臺(tái)灣HIWIN公司和南京工藝裝備公司也相繼開發(fā)冷卻螺母的產(chǎn)品。日本NSK公司和HIWIN公司在較早研制成功滾珠螺母冷卻產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，通過有限元分析，研究最佳熱傳導(dǎo)制冷方案，提出“恒溫式”滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)理念——空心滾珠絲杠+內(nèi)冷滾珠螺母的雙冷技術(shù)。眾所周知，在數(shù)控機(jī)床加工中，通常都是先空運(yùn)轉(zhuǎn)，在達(dá)到熱平衡后才開始加工，即“暖機(jī)時(shí)間”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)床空載功率的損耗約占整個(gè)機(jī)床功率消耗的10%～15%。據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究表明，采用雙冷式恒溫滾珠絲杠副，可節(jié)省數(shù)控機(jī)床暖機(jī)時(shí)間70 min（見圖6）。

表1 N傳動(dòng)與S傳動(dòng)之比較

5 小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的省能驅(qū)動(dòng)

在長行程的大型重載數(shù)控機(jī)床或高速數(shù)控機(jī)床中力求轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小化，而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是與旋轉(zhuǎn)體直徑的平方、旋轉(zhuǎn)體的總長以及質(zhì)量成正比。近年，不少知名企業(yè)研制的滾珠螺母旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)方式就是小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的省能驅(qū)動(dòng)。

筆者對(duì)滾珠螺母旋轉(zhuǎn)（簡稱N傳動(dòng)）和滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)（簡稱S傳動(dòng)）兩種傳動(dòng)方式在性能和能耗等方面做了分析對(duì)比，詳見表1。

筆者認(rèn)為，滾珠螺母旋轉(zhuǎn)主傳動(dòng)是滾珠絲杠副在綠色制造中的重要?jiǎng)?chuàng)新，它既節(jié)能降耗又拓寬了這一產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，在重載和長行程領(lǐng)域是對(duì)直線電動(dòng)機(jī)、齒輪—齒條傳動(dòng)、油缸傳動(dòng)、滾動(dòng)蝸母條傳動(dòng)的挑戰(zhàn)。例如，漢江機(jī)床有限公司近年研發(fā)成功的5 m以上大型CNC螺紋磨床上就成功地采用了滾珠螺母旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)方案，不但降低了能耗，提高了系統(tǒng)的精度和可靠性，還使大型精密螺紋磨床的縱向長度縮短約50%，降低了機(jī)床制造和使用成本。

滾珠螺母旋轉(zhuǎn)主傳動(dòng)的第一代產(chǎn)品是伺服電動(dòng)機(jī)通過同步帶輪（或齒輪）帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)（見圖7）。近年又出現(xiàn)機(jī)電一體化直驅(qū)型的第二代產(chǎn)品——伺服直驅(qū)旋轉(zhuǎn)螺母組合單元，包括三種類型:

（1）由空心伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)軸向固定的滾珠螺母旋轉(zhuǎn)，借助滾珠螺旋運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)滾珠絲杠作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)（圖8），主要用于行程不大、載荷適中的加工中心、PKM并聯(lián)機(jī)床、航空航天、醫(yī)療器械、檢測儀器等的快速抓舉和初定位。例如神八、神九與天宮對(duì)接中就采用了由3對(duì)共6套滾珠螺母旋轉(zhuǎn)型大導(dǎo)程滾珠絲杠副所組成的三角平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。在正向推出時(shí)螺母旋轉(zhuǎn)絲杠產(chǎn)生軸向推力，在逆向緩沖時(shí)絲杠作直線運(yùn)動(dòng)，螺母旋轉(zhuǎn)。

（2）在圓周和軸向固定長行程的大絲杠，由空心伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠螺母在絲杠上旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)工作臺(tái)作軸向運(yùn)動(dòng)。例如，德國Kammerer公司推出可以實(shí)現(xiàn)Vmou=120 m/min、加速度1g的螺母主驅(qū)動(dòng)的高速線性傳動(dòng)裝置。我國南京工藝裝備公司在承擔(dān)“數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項(xiàng)的攻關(guān)中研制成功機(jī)電一體化的旋轉(zhuǎn)螺母組合單元（見圖9）。比之第一代產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)緊湊、精度更高、速度更快、小振動(dòng)、低噪聲、低能耗的特點(diǎn)，還同時(shí)兼有潤滑、防塵、冷卻的輔助功能。這是我國滾動(dòng)功能部件行業(yè)在向高端進(jìn)軍中技術(shù)上的突破，向綠色制造又邁出了一大步。和第一代產(chǎn)品相比技術(shù)難度更大，我國的直驅(qū)型新產(chǎn)品在商品化之前還有若干技術(shù)問題有待完善。

（3）Spindasyn雙向復(fù)合驅(qū)動(dòng)裝置（見圖10）。在一根同時(shí)具有左旋和右旋螺紋的滾珠絲杠上，空心AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子分別與左旋和右旋的兩個(gè)滾珠螺母剛性聯(lián)結(jié)，當(dāng)同時(shí)改變兩臺(tái)AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，就能巧妙地完成“旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)”與“直線運(yùn)動(dòng)”的疊加組合，實(shí)現(xiàn)高速和微量進(jìn)給，使?jié)L珠絲杠副的能效得到充分發(fā)揮，并擴(kuò)展了產(chǎn)品的功能。

6 預(yù)緊力Fpr的CNC控制

在滾珠絲杠副運(yùn)行過程中預(yù)緊力Fpr常出現(xiàn)早期松弛，就必然導(dǎo)致伺服進(jìn)給系統(tǒng)軸向剛度和定位精度的下降，這是產(chǎn)品可靠性不高的最突出表現(xiàn)。傳統(tǒng)純機(jī)械的預(yù)加負(fù)荷方式的最大缺陷是預(yù)緊力Fpr一成不變，而實(shí)際上當(dāng)速度和外加載荷發(fā)生變化時(shí)，特別是高速、重載和有沖擊載荷時(shí)Fpr都會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)溫度和幾何精度（例如:中徑尺寸的變動(dòng)、齒形的變化等）也會(huì)對(duì)Fpr產(chǎn)生影響。滾珠絲杠副產(chǎn)品出廠時(shí)若Fpr過大，會(huì)導(dǎo)致過度的機(jī)械摩擦與發(fā)熱，降低流暢性、傳動(dòng)效率與壽命，因此，不少制造企業(yè)對(duì)Fpr多采取“寧小勿大”用犧牲“剛度”來取悅“手感靈活性”，如果“加載跑合”又不充分，就潛伏著“初接觸剛性”不高的隱患，在這種情況下Fpr的早期松弛就很難避免。

上世紀(jì) 80年代，德國Karlsruhe大學(xué)曾開展對(duì)滾珠絲杠副性能的試驗(yàn)研究，提出了預(yù)緊力動(dòng)態(tài)控制的解決方案（圖10），其采用具有納米級(jí)分辨率的壓電陶瓷作為預(yù)緊力的調(diào)節(jié)器，通過CNC控制系統(tǒng)發(fā)出模擬信號(hào)（±10 V）隨工作狀態(tài)的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)控Fpr值，使其始終處于最佳設(shè)定狀態(tài)，而控制系統(tǒng)可在主機(jī)的CNC總程序中預(yù)置Fpr子程序。

近年，中國一些高校（哈工大等）在對(duì)滾珠絲杠副用于超精密定位的研究中，也采用壓電陶瓷技術(shù)來控制預(yù)緊力Fpr。

這種帶有柔性的CNC預(yù)緊力控制裝置，具有以下特點(diǎn):（1）可直接準(zhǔn)確地獲得所需Fpr值，無需通過間接測量預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tp（國家標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定）再換算成Fpr;（2）在滿足伺服進(jìn)給系統(tǒng)剛度和定位精度的前提下，避免了過度的摩擦損耗，有助于延長產(chǎn)品使用壽命和提高能效;（3）有助于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征，刀具的壽命因進(jìn)給平穩(wěn)而提高;（4）當(dāng)滾珠絲杠副因長時(shí)間使用出現(xiàn)疲勞剝損和滾道形變，此時(shí)Fpr會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，小波動(dòng)可動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，大波動(dòng)可發(fā)出預(yù)警。

總之，CNC預(yù)緊力控制裝置是對(duì)傳統(tǒng)預(yù)緊方式的創(chuàng)新。當(dāng)我們研制P1～P0級(jí)精密高速滾珠絲杠副和微動(dòng)定位超精密滾珠絲杠副等高性能產(chǎn)品時(shí)，這是值得借鑒的方案。

7 復(fù)合化、模塊化的效用

帶光柵測量系統(tǒng)的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌把直線運(yùn)動(dòng)的精確導(dǎo)向與位置自動(dòng)控測集成為一體，集制動(dòng)、準(zhǔn)停、防振、阻尼等功能于一體的高速精密滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，改善了高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻尼特征，使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)安全可靠;滾珠絲杠副的“螺母”與滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的“滑塊”，兩件合二為一的線性模塊（單軸，雙軸），該模塊的質(zhì)量中心與驅(qū)動(dòng)絲杠軸心重疊使傳動(dòng)平穩(wěn)省力;滾珠絲杠副與滾珠花鍵一體，其絲杠軸與花鍵軸合二為一，既可實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，還可傳遞轉(zhuǎn)矩，用于FMS生產(chǎn)自動(dòng)線、加工中心自動(dòng)換刀、裝配機(jī)器人等場合;滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副與直線電動(dòng)機(jī)一體化的高速線性驅(qū)動(dòng)裝置等。

以上復(fù)合化、模塊化的產(chǎn)品，除結(jié)構(gòu)緊湊、占用主機(jī)空間小、功能擴(kuò)展外，也是降低能耗、物耗、提高能效的綠色制造產(chǎn)品。

8 產(chǎn)品生命周期通過再制造得到延長

對(duì)于滾珠絲杠副而言，在確保制造質(zhì)量和可靠性以及正確安裝、使用的前提下，其額定壽命為L10=106轉(zhuǎn)，比普通滑動(dòng)絲杠的壽命高6～10倍。當(dāng)選用優(yōu)質(zhì)鋼材、優(yōu)化熱處理工藝、對(duì)滾道表面進(jìn)行改質(zhì)強(qiáng)化處理和超精密加工、以及采用綠色環(huán)保的密封、自潤滑技術(shù)等都能延長產(chǎn)品的使用壽命。

對(duì)于正常工作情況下的疲勞磨損或因過載而局部受損的部分零件，可通過維修、補(bǔ)充加工、更換受損件等“再制造”方法，延長產(chǎn)品的生命周期，并使優(yōu)質(zhì)合金鋼材得到充分利用。

在數(shù)控機(jī)床的各類功能部件中，滾動(dòng)功能部件具有標(biāo)準(zhǔn)化程度高、互換性好的特征，其中的每一個(gè)零件都是可以單獨(dú)出售的商品，具備可維修和再制造的有利條件，從而降低數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵功能部件維修成本，縮短再制造周期。據(jù)了解，在國外，就有這類專業(yè)的維修公司或工作站。我國許多滾動(dòng)功能部件的專業(yè)制造公司，也都承擔(dān)了國產(chǎn)和進(jìn)口產(chǎn)品的再制造維修業(yè)務(wù)。

我們不要小看維修和再制造，在低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代，它已逐漸成為制造業(yè)中的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。

科學(xué)發(fā)展觀是實(shí)現(xiàn)科技興國、把幾代人的機(jī)床強(qiáng)國夢變?yōu)閷?shí)現(xiàn)的指導(dǎo)思想。基于綠色科技的理念，在加快發(fā)展數(shù)控機(jī)床和功能部件（特別是用能源驅(qū)動(dòng)的核心功能部件）時(shí)，不但要關(guān)注產(chǎn)品的性能、精度和可靠性，還要關(guān)注產(chǎn)品的能效。而新一代綠色滾動(dòng)功能部件將助推數(shù)控機(jī)床的綠色制造。

節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)是企業(yè)不可推卸的社會(huì)責(zé)任。高效、節(jié)能、降耗、減排的綠色制造和產(chǎn)品將為企業(yè)開拓市場、增強(qiáng)競爭力帶來新的機(jī)遇，必將為社會(huì)和企業(yè)帶來雙贏。綠色科技還為企業(yè)實(shí)施綠色技術(shù)改造，完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)指明了方向。

9 結(jié)語

筆者從本世紀(jì)之初，就開始關(guān)注滾動(dòng)功能部件綠色發(fā)展之路，曾多次在不同的場合以不同的方式呼吁實(shí)施綠色制造。本文和之前的《用綠色制造提升滾動(dòng)功能部件的規(guī)模化專業(yè)生產(chǎn)水平》（“制造技術(shù)與機(jī)床”2012年12期）。介紹和評(píng)述了近年國內(nèi)外滾動(dòng)功能部件產(chǎn)業(yè)綠色制造和綠色產(chǎn)品的發(fā)展概況，以期進(jìn)一步引起業(yè)內(nèi)的關(guān)注。在撰寫這兩篇論文過程中，曾先后到北京、南京、山東、上海、廣州的相關(guān)企業(yè)調(diào)研，得到業(yè)內(nèi)朋友的熱情支持，特在此表示感謝!由于所獲得的信息和第一手資料尚不夠全面，特別是海外的信息主要取之科技文獻(xiàn)和展會(huì)，難免有遺漏和不當(dāng)之處，敬請指正賜教。

［1］路甬祥.走向綠色和智能制造［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2010（2）.

［2］曹愛軍，李先廣，杜彥斌，等.低碳制造研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)［J］.航空制造技術(shù)，2012（9）.

［3］劉光復(fù)，劉志鋒，李鋼，等.綠色設(shè)計(jì)與綠色制造［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［4］黃祖堯.滾動(dòng)功能部件的綠色設(shè)計(jì)與綠色制造［J］.機(jī)械工人，2005（增刊）.

［5］宮口和男，二宮瑞穗.高負(fù)荷滾珠絲杠副的負(fù)荷均化與延長壽命的研究［J］.精密工學(xué)會(huì)志（日），2001，167（2）.

［6］井沢実，下田博一.滾珠絲杠副載荷分布的若干特性［J］.潤滑（日），1980，25（7）.

［7］陳新和，黃逸群.滾珠絲杠于節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械月刊（臺(tái)），2011，37（2）.

［8］Karlsruhe（德）.滾珠絲杠副的預(yù)緊力控制［J］.CIRP，1991，40:383 －386.

［9］徐濱士.綠色再制造工程一21世紀(jì)的重要產(chǎn)業(yè)［J］.航空制造技術(shù)，2002（2）.

［10］劉虹，劉家浚.空心滾柱滾子軸承及磨損問題［J］.摩擦學(xué)報(bào)，1993，13（3）.

［11］吳宗澤，于亞杰.機(jī)械設(shè)計(jì)與節(jié)能減排［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［12］HEISEL U，STEHIE T.米蘇.機(jī)床輕量化的現(xiàn)狀與趨勢［J］.（第三屆中德先進(jìn)制造制造技術(shù)研討會(huì)增刊）制造技術(shù)與機(jī)床，2012（增刊）.