绿色滚动功能部件在伺服进给系统中助推数控机床绿色制造

6 预紧力F_pr的CNC控制

　　在滚珠丝杠副运行过程中预紧力Fpr常出现早期松弛，就必然导致伺服进给系统轴向刚度和定位精度的下降，这是产品可靠性不高的最突出表现。传统纯机械的预加负荷方式的最大缺陷是预紧力F_pr 一成不变，而实际上当速度和外加载荷发生变化时，特别是高速、重载和有冲击载荷时F_pr 都会发生变化，同时温度和几何精度(例如：中径尺寸的变动、齿形的变化等)也会对F_pr 产生影响。滚珠丝杠副产品出厂时若F_pr 过大，会导致过度的机械摩擦与发热，降低流畅性、传动效率与寿命，因此，不少制造企业对F_pr 多采取“宁小勿大”用牺牲“刚度”来取悦“手感灵活性”，如果“加载跑合”又不充分，就潜伏着“初接触刚性”不高的隐患，在这种情况下F_pr 的早期松弛就很难避免。

　　上世纪80年代，德国Karlsruhe大学曾开展对滚珠轴Karlsruhe大学曾开展对滚珠轴丝杠副性能的试验研究，提出了预紧力动态控制的解决方案(图10)，其采用具有纳米级分辨率的压电陶瓷作为预紧力的调节器，通过CNC控制系统发出模拟信号(±10 V)随工作状态的变化，动态调控F_pr 值，使其始终处于最佳设定状态，而控制系统可在主机的CNC总程序中预置F_pr 子程序。

　　近年，中国一些高校(哈工大等)在对滚珠丝杠副用于超精密定位的研究中，也采用压电陶瓷技术来控制预紧力F_pr。

　　这种带有柔性的CNC预紧力控制装置，具有以下特点：(1)可直接准确地获得所需F_pr 值，无需通过间接测量预紧转矩L(国家标准中有规定)再换算成F“(2)在满足伺服进给系统刚度和定位精度的前提下，避免了过度的摩擦损耗，有助于延长产品使用寿命和提高能效；(3)有助于改善系统的动态特征，刀具的寿命因进给平稳而提高；(4)当滚珠丝杠副因长时间使用出现疲劳剥损和滚道形变，此时F_pr会出现波动，小波动可动态补偿，大波动可发出预警。

　　总之，CNC预紧力控制装置是对传统预紧方式的创新。当我们研制P_１～P_２级精密高速滚珠丝杠副和微动定位超精密滚珠丝杠副等高性能产品时，这是值得借鉴的方案。

7 复合化、模块化的效用

　　带光栅测量系统的滚动直线导轨把直线运动的精确导向与位置自动控测集成为一体，集制动、准停、防振、阻尼等功能于一体的高速精密滚动直线导轨副，改善了高速运动时的阻尼特征，使运动平稳安全可靠；滚珠丝杠副的“螺母”与滚动直线导轨副的“滑块”，两件合二为一的线性模块(单轴，双轴)，该模块的质量中心与驱动丝杠轴心重叠使传动平稳省力；滚珠丝杠副与滚珠花键一体，其丝杠轴与花键轴合二为一，既可实现往复直线运动，还可传递转矩，用于FMS生产自动线、加工中心自动换刀、装配机器人等场合；滚动直线导轨副与直线电动机一体化的高速线性驱动装置等。

　　以上复合化、模块化的产品，除结构紧凑、占用主机空间小、功能扩展外，也是降低能耗、物耗、提高能效的绿色制造产品。

8 产品生命周期通过再制造得到延长

　　对于滚珠丝杠副而言，在确保制造质量和可靠性以及正确安装、使用的前提下，其额定寿命为L₁₀=10⁶转，比普通滑动丝杠的寿命高6—10倍。当选用优质钢材、优化热处理工艺、对滚道表面进行改质强化处理和超精密加工、以及采用绿色环保的密封、自润滑技术等都能延长产品的使用寿命。

　　对于正常工作情况下的疲劳磨损或因过载而局部受损的部分零件，可通过维修、补充加工、更换受损件等“再制造”方法，延长产品的生命周期，并使优质合金钢材得到充分利用。

　　在数控机床的各类功能部件中，滚动功能部件具有标准化程度高、互换性好的特征，其中的每一个零件都是可以单独出售的商品，具备可维修和再制造的有利条件，从而降低数控机床的关键功能部件维修成本，缩短再制造周期。据了解，在国外，就有这类专业的维修公司或工作站。我国许多滚动功能部件的专业制造公司，也都承担了国产和进口产品的再制造维修业务。我们不要小看维修和再制造，在低碳经济时代，它已逐渐成为制造业中的一个新兴产业。

　　科学发展观是实现科技兴国、把几代人的机床强国梦变为实现的指导思想。基于绿色科技的理念，在加快发展数控机床和功能部件(特别是用能源驱动的核心功能部件)时，不但要关注产品的性能、精度和可靠性，还要关注产品的能效。而新一代绿色滚动功能部件将助推数控机床的绿色制造。

　　节约资源和环境保护是企业不可推卸的社会责任。高效、节能、降耗、减排的绿色制造和产品将为企业开拓市场、增强竞争力带来新的机遇，必将为社会和企业带来双赢。绿色科技还为企业实施绿色技术改造，完成产品结构调整和企业的转型升级指明了方向。

9 结语

　　从本世纪之初，就开始关注滚动功能部件绿色发展之路，曾多次在不同的场合以不同的方式呼吁实施绿色制造。本文和之前的《用绿色制造提升滚动功能部件的规模化专业生产水平》(“制造技术与机床”2012年12期)。介绍和评述了近年国内外滚动功能部件产业绿色制造和绿色产品的发展概况，以期进一步引起业内的关注。在撰写这两篇论文过程中，曾先后到北京、南京、山东、上海、广州的相关企业调研，得到业内朋友的热情支持，特在此表示感谢!由于所获得的信息和第一手资料尚不够全面，特别是海外的信息主要取之科技文献和展会，难免有遗漏和不当之处，敬请指正赐教。