高效、节能、降耗的绿色螺纹传动装置.doc

高效、节能、降耗的绿色螺纹传动装置 ——丝杠螺纹精密滚轧成形技术及RBS、RLS产品的国内外发展 在倡导低碳、循环经济的今天，采用绿色制造技术生产的螺纹传动装置顺应了发展的潮流。必须承认，在精密螺纹滚轧成形技术领域，中国与国外发达国家相比差距很大。因此，政府要组织企业进行技术攻关，尽快掌握核心技术，实现相关产品的国产化，并引导行业朝低碳、循环经济的道路前进。 图1 滚珠丝杠圆弧螺纹齿形的两种成形技术金相放大图对比在地球自然资源不断减少、环境日益恶化的今天，树立科学发展观，走资源节约、环境友好的可持续发展道路，已成为生态经济和低碳经济时代新型工业化的基本国策。 众所周知，工业领域消耗了70%左右的能源，CO2排放量居高不下。因此，无论是技术创新亦或是新产品研发，都应以实现低能耗、低油耗、低水耗、低材耗、零排放、零污染作为出发点。 在所有线性传动装置的产品中，采用精密螺纹滚轧成形技术制造的滚珠丝杠（RBS）和梯形丝杠（RLS），具有高效、减摩、节能、降耗的特徵，是用绿色制造技术生产的绿色产品。 丝杠螺纹滚轧成形的实质及产品特点 基於金属塑性变形理论，在CNC精密滚轧机上，一对低速旋转的螺纹轧辊用很高的压力对金属圆棒料实施径向动态强制冷滚轧，通过塑性变形使棒料外圆的金属晶粒产生滑移，并强制金属纤维沿着轧辊齿面垂直轴线方向朝齿间流动而形成所要求的齿形和导程。滚轧成形的精度（包括齿形精度、导程精度、中径精度等）取决於CNC滚轧机的精度、刚度和智慧化水平；轧辊设计的精确度、制造精度和耐用度；滚轧过程中润滑减摩效果；丝杠材料的品质（包括塑性应变能力γ值、延伸率δ、纯净度）等关键因素。 而螺纹的金属切削加工，无论是硬车削、旋风硬铣削或磨削，都是在金属棒料上用车刀、旋铣盘刀或砂轮通过径向切割金属纤维而成形的（见图1）。图1揭示了金属纤维沿齿廓连续分布和被切断这两种制造技术的本质差异。 用於工业传动和定位的滚轧丝杠主要有两类 RBS(Rolling Ball Screw)冷轧滚珠丝杠副，包括大导程快速驱动型RBS、精密定位型RBS、小径大导程和微型RBS等。 RLS(Rolling Lead Screw)冷轧梯形丝杠副，包括公制和英制螺纹、单头和多头螺纹、大导程超大导程Speedy快速丝杠传动副等。 精密RBS产品的特点 精密RBS除具有螺旋滚动摩擦传动副的基本物理特徵外，基於无屑滚轧成形与金属切削制造工艺的差异还具有以下特点： 1.滚轧成形後的滚道表面，在强大的滚压力作用下金属内部组织的缺陷得到弥补、金属纤维不但没有被切断，内部组织更致密。因此，机械强度和疲劳寿命得到提高，据有关文献介绍：抗拉强度提高20%~30%、疲劳强度提高20%~40%、抗剪强度提高5%。 2.作为无屑加工，其资源利用率高。对优质钢材的利用率高达80%~90%，比切削加工节省材料15%~30%。 3.螺纹滚道表面经过滚轧和抛光後表面光滑，表面粗糙度最高可达Ra0.5~0.8μm。并避免了切削和磨削加工中易产生的“振纹”、“裂纹”、“齿面烧伤”、“硬点”等影响疲劳寿命的缺陷。 4.轧辊的寿命和在一次加工中的耐用度远远高於切削刀具和砂轮。同一批滚轧出来的滚珠丝杠，它们的导程精度、齿形精度、中径圆度和圆柱度等重要精度指标具有较高的“同一性”，这就带来三个难得的优点：（1）当RBS用於多轴驱动时，它的“同步性”功能得到凸显。例如：在“重心双驱动型加工中心中”一对“双胞胎型”的P3级精密RBS，能又好又省地完成同步、双驱动的功能；（2）因为滚珠丝杠副的动态预紧转矩偏差dTpp是与丝杠的中径圆度、圆柱度呈函数关系，因此，精密RBS的dTpp更优於一般滚珠丝杠；（3）导程误差的离散性小、曲线较平滑，便於CNC补偿。 5.比磨削加工的生产效率高出几十倍，生产效率很高，有利於实现标准化、专业化大批生产。由於精密RBS产品具有很高的互换性，“丝杠”和“螺母”可分离成为独立的商品，更为“短周期库存性”的生产和营销模式创造了条件。 6.低能耗、低材耗、低油耗、短周期使制造成本大大降低。特别是当制造工艺稳定後，其效果更明显。 7.对环境的负面影响小，是宜人化的制造技术。处於恒温封闭环境的精密螺纹磨削，含有磨粒和金属粉尘的油雾，十分不利於工人的健康。采用真空强排油雾的措施虽然可以改善工况，但并非所有企业都能做到。 8.对於超细长（L/D≥50）、大导程和超大导程（导程角φ≥17°）、多头螺纹丝杠，采用RBS是最佳选择。因为大螺旋角的齿形乾涉问题、细长丝杠的弯曲变形问题一直以来是螺纹磨削的难点。而CNC滚轧技术在这方面有其独特优势。 各国丝杠螺纹滚轧成形技术和装备的发展 上世纪40年代出现的冷滚轧机最初主要用於轧制普通螺纹、花键、球头等一类回转体中、小零件，早期的汽车转向器滚珠丝杠采用冷轧成形，产量