滚珠丝杠副直接决定数控机床加工精度、精度稳定性及保持性,是高档数控机床的核心执行部件。近十年来,在国家科技重大专项重点支持下,行业龙头骨干企业滚珠丝杠副产品在刚性、综合性能等方面取得了明显进步,但精度保持性与境外高端滚珠丝杠副产品相比仍有精度保持时间上的明显差距,成为制约高档数控机床应用国产滚珠丝杠副的突出瓶颈问题。通过数控机床企业现场使用调研及国家科技重大专项承担单位前期大量的可靠性试验表明,影响滚珠丝杠副精度保持时间偏低的主要失效形式之一就是磨损,从而导致精度损失加快,影响产品行业的认可度。这一行业突出的共性基础技术问题,成为国产滚珠丝杠副追赶或赶超国外高端产品水平的关键所在。本文以国家科技重大专项“功能部件测试试验共性技术研究与能力建设(2016ZX04004007)”为支撑,对国产滚珠丝杠副的精度损失、研磨等基础技术问题展开理论与试验研究。研究精度损失首要问题就是需要准确给出滚珠丝杠副精度损失的计算方法。滚珠丝杠副精度保持性描述了其精度与时间的关系,而精度损失则反映了精度的变化过程。对于精度保持性的研究,可从精度损失的角度出发,提出滚珠丝杠副精度损失计算方法,进而研究引起精度损失的磨损特性及影响因素,并加以验证,为下一步实施工艺措施提供理论依据。二是滚珠丝杠副研磨技术研究,重点研究为延长滚珠丝杠副使用寿命及预防精度损失加快的研磨方法、工装、研磨工艺等技术,通过试验验证进一步分析研磨对精度损失的影响,此项研究为进一步研磨核心技术的应用提供了重要技术支撑。开展的具体工作如下:(1)在总结、调研基础上,对滚珠丝杠副精度损失进行计算分析并提出了一套滚珠丝杠副精度损失的计算方法。在考虑滚珠、丝杠和螺母的运动、受力特性以及接触区域摩擦特性基础上,重点考虑丝杠在运行过程中由于磨损预紧力逐渐下降引起预紧力变化的特性,给出了计算接触区域由粘着磨损带来的精度损失计算方法。(2)基于精度损失计算方法,分析了滚珠丝杠副重要结构参数和工作参数对滚珠丝杠副磨损特性的影响,为滚珠丝杠副的优化设计提供理论依据。研制滚珠丝杠副试验台,进行滚珠丝杠副磨损特性试验并将试验数据与计算数据进行了对比,结果表明计算数据能基本反映试验数据的变化趋势。(3)对丝杠的研磨工艺技术进行了重点研究。创新设计了丝杠研磨磨具,给出了完整的丝杠研磨方法。磨具设计基于圆周研磨理论,改善了传统磨具中磨具与工件中心不重合的缺陷。试验证明该方法可以降低丝杠行程误差,改善丝杠的表面质量。(4)为了优化丝杠研磨工艺,分析各个研磨因素对研磨效果的影响,设计了一组正交试验。考虑的研磨因素为摩擦力矩、转速、磨粒大小及时间,研磨效果选用丝杠行程误差、滚道表面残余应力及表面粗糙度等进行评估。得到了一组优化的参数组合,兼顾行程误差、表面粗糙度和残余应力,试验结果表明是合理的参数组合。(5)基于最优研磨参数组合,使用未研磨丝杠和已研磨丝杠进行了磨损特性对比试验。综合两组丝杠行程误差、摩擦力矩的变化规律以及行程误差测量值与计算值的对比分析,研究研磨对丝杠磨损特性的影响。结果表明,研磨不仅可以提高丝杠精度储备量,还可以降低丝杠的精度损失速度,延长丝杠精度寿命,对提高丝杠精度保持性有重要意义。