■陜西漢江機(jī)床有限公司 （漢中 723000） 趙 娜 王 蕾 黃 輝

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隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國家層面智能制造的提出，使得機(jī)床的綜合性能顯得尤為重要，而機(jī)床的主要功能部件滾珠絲杠副的靜剛度指標(biāo)直接影響高精加工機(jī)床的綜合性能。然而國內(nèi)滾珠絲杠副生產(chǎn)企業(yè)對于靜剛度的檢測方面研究較少，因此采用何種試驗(yàn)方法對滾珠絲杠進(jìn)行靜剛度檢測顯得尤為關(guān)鍵。鑒于我廠承接了某企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)，為了滿足產(chǎn)品剛度要求及設(shè)計(jì)結(jié)果反饋，我廠通過模擬實(shí)際工況，結(jié)合特定工裝對產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的靜剛度檢測試驗(yàn)。

由于待測產(chǎn)品在實(shí)際工況下載荷方向?yàn)檩S向，且變形量在微米級，因此該試驗(yàn)通過計(jì)算機(jī)控制試驗(yàn)臺(tái)的加載及卸載，采用系統(tǒng)集成電氣元件實(shí)時(shí)精準(zhǔn)采集絲杠副軸向微小位移及載荷數(shù)據(jù)，結(jié)合系統(tǒng)后臺(tái)處理繪制分析靜剛度曲線?？傮w采用同一規(guī)格多組滾珠絲杠副單一變量法進(jìn)行試驗(yàn)，將多次采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)加權(quán)平均值的求解，最終匯總分析產(chǎn)品的靜剛度情況。

現(xiàn)以某產(chǎn)品滾珠絲杠副（編號：SY001-01、SY001-02和SY001-02A）進(jìn)行試驗(yàn)對比。結(jié)合試驗(yàn)方案，對試驗(yàn)對象SY001系列3種規(guī)格的絲杠副進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

根據(jù)試驗(yàn)方案，每種規(guī)格30組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，SY001系列3種規(guī)格共90組數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)量較大，在此僅以SY001-01的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行說明。

當(dāng)外露試驗(yàn)臺(tái)尺寸為60mm，加載力分別為6kN、4kN和2kN時(shí)絲杠副對應(yīng)的“加載靜剛度”、“卸載靜剛度”之間的變化折線統(tǒng)計(jì)圖和數(shù)據(jù)分布圖如圖1所示。

結(jié)合圖1規(guī)律，加載力6kN、4kN和2kN時(shí)，加載及卸載靜剛度值略有上下浮動(dòng)變化，但變化幅度較小，經(jīng)匯總得出加載力與靜剛度關(guān)系值如表2所示。

此次剛性試驗(yàn)的滾珠絲杠副的反向器采用自制腰形和外購腰形兩種方式，自制腰形反向器是我廠自主研發(fā)的一種與螺母過盈配合的金屬固定型反向器，而外購腰形反向器則是一種與螺母間隙配合的金屬固定型反向器。應(yīng)某企業(yè)需求特針對SY001-02與SY001-02A絲杠副分別采用自制腰形和外購腰形反向器，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，由該兩結(jié)構(gòu)絲杠副靜剛度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過SY001-02與SY001-02A絲杠剛度及變形量數(shù)據(jù)表信息進(jìn)行分析，繪制加載力與靜剛度關(guān)系圖（見圖2）和加載力與變形量關(guān)系圖（見圖3）。

由加載力與靜剛度變化關(guān)系可知，加載力3.5kN、7.5kN和11kN時(shí)，靜剛度實(shí)際值相對剛度加權(quán)平均數(shù)浮動(dòng)較小，因此該結(jié)構(gòu)絲杠副可用靜剛度加權(quán)平均數(shù)代表實(shí)際剛度值，即02結(jié)構(gòu)剛度為461.7N/μm，02A結(jié)構(gòu)剛度為363.8N/μm，同時(shí)說明自制腰型反向器結(jié)構(gòu)的剛度比外購腰形反向器結(jié)構(gòu)的剛度高26.91%，剛性性能較好。

表1 SY001系列絲杠副結(jié)構(gòu)參數(shù)

表2 加載力與靜剛度均值關(guān)系（外露試驗(yàn)臺(tái)尺寸：60mm）

圖1 SY001-01加載及卸載剛度變化折線統(tǒng)計(jì)

圖2 加載力與靜剛度關(guān)系

圖3 加載力與變形量關(guān)系

表3 絲杠副結(jié)構(gòu)與剛度及變形量對照

由加載力與變形量變化關(guān)系圖可知，加載力3.5kN、7kN和10kN時(shí)，加載最大變形量加權(quán)平均數(shù)及卸載最大變形量加權(quán)平均數(shù)相對變形量加權(quán)平均數(shù)浮動(dòng)較小，因此該結(jié)構(gòu)絲杠副可用最大變形量加權(quán)平均數(shù)代表實(shí)際最大變形量，即02結(jié)構(gòu)（自制腰型反向器）最大變形量16.02μm，02A結(jié)構(gòu)（外購腰形反向器）最大變形量19.92μm，同時(shí)說明自制腰型反向器結(jié)構(gòu)的最大變形量比外購腰形反向器結(jié)構(gòu)少19.58%，變形量較小，鋼性性能較好。

結(jié)合滾珠絲杠副各結(jié)構(gòu)加載力與加載靜剛度、卸載靜剛度及變形量對照表數(shù)據(jù)匯總，再通過模擬實(shí)際工況，可得試驗(yàn)對象SY001系列3種規(guī)格的滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)與剛度及變形對照表，如表3所示。

通過試驗(yàn)可知，相同結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，鋼球越大，絲杠副剛度越大，變形量越小；自制腰型反向器比外購腰形反向器結(jié)構(gòu)絲杠副的靜剛度大，變形小。最終我廠選取最優(yōu)結(jié)構(gòu)，研制的產(chǎn)品通過了某企業(yè)的驗(yàn)收，滿足了某企業(yè)的靜剛度要求，所以該試驗(yàn)方法對于滾珠絲杠副的靜剛度檢測是可行的。