George A. Jaffe, Steinmeyer, Inc.和Alexander F. Beck, A. Steinmeyer GmbH
关于哪种螺钉最好的争论还在继续。虽然旅行量和齿隙经常被认为是有用的微分器，但另一个要考虑的是制造过程以及它如何影响精度和螺杆性能。
真或假?-滚动滚珠丝杠比研磨滚珠丝杠成本低，而且工作也一样好。滚动滚珠丝杠的成本当然比研磨滚珠丝杠的成本低，有时甚至低50%，但它的性能如何呢？这两种滚珠丝杠的性能是否可以比较？我们说不，原因很简单，即使指定的导程误差相同，研磨滚珠丝杠的精度也将始终超过滚压滚珠丝杠的精度。
图1:为了指定引线精度，通常使用三个值:ep、e300和e2π来计算整个行程的平均实际引线偏差、每300毫米的偏差和螺纹一圈内的引线偏差。
滚珠丝杆的准确性
滚珠丝杠的精度取决于几个因素，除了螺母沿丝杠长度移动的准确性。首先，尽管，重要的是理解我们所说的准确性，或者具体来说，滚珠丝杠的领先精度。对于铅精度的综合指标，通常使用三个值:ep图1、图2、图3:
ep-是螺母在螺丝上的整个行程的平均实际导程偏差。
e300-通常称为每300毫米间隔的偏差。重要的是要知道这是否是累积的。例如:精度等级5 / DIN / ISO规范列出偏差最大领先23微米/ 300毫米(图4)。然而,他指的是规范表ep(图5),一个900毫米长螺丝有40微米的最大总偏差,不是23(900 300)÷x = 69微米。因此，如果设计师将滚珠丝杠与DIN / ISO或JIS精度等级规定的“每300毫米偏差”进行比较，重要的是要理解可能存在显著的性能差异。
e2π-是螺纹一圈内的导程变化。该参数对球之间的平均载荷分布的影响大于对轴向螺母行程的影响，因此可能影响预测寿命。
由于对引线精度要求较高的应用可能对其他质量问题也有更高的要求，因此DIN/ISO标准将其他特性与引线精度联系起来。例如，当目标是精确定位滑块时，要考虑整个总成的刚度和摩擦扭矩一致性等方面。
图2:对于每300mm间隔的偏差，询问是否为累计偏差。当将滚珠丝杠与DIN / ISO或JIS精度等级规定的“每300毫米偏差”进行比较时，可能会有显著的性能差异。
DIN/ISO标准包括螺丝直线度、轴承轴颈同心度、预紧扭矩一致性、螺母方形等参数。但是，虽然一个螺杆在导程误差方面可能是准确的，如果轴颈是偏心的(这是一个滚动螺杆的通常情况)螺杆将显示糟糕的扭矩一致性一旦安装，使其难以微调伺服电机的最佳性能。
如果只考虑引线精度作为选择标准，许多影响性能的重要特性就会被忽略，尤其是在轧制螺杆中。例如，由于滚珠丝杠制造设备的误差(如偏心、磨损或摇摆的滚模)引起的周期性导程误差可能不会轻易出现，因为它们被位于几个滚珠圆上的螺母掩盖了。但这可能导致负载分布不均，从而影响寿命和刚度。
滚珠丝杆的应用程序
传统上，滚动滚珠螺钉和地面滚珠螺钉的应用有明显的区别。轧制螺钉通常用于不精确的应用，如在拾取和放置设备，作为驱动器。在精密机床(铣床、车床、异形磨床、车削中心、电火花机床等)中，采用地球螺钉作为传动机构。此外，地球螺钉已成为精密XY表的选择产品，用于，例如，半导体晶圆检测设备。但现在已经发生了很大的变化，在许多相同类型的应用中，滚动和接地螺钉并不少见。
图3:螺纹参数在一圈内的导程变化表明了负载在球之间的分布(比轴向螺母行程更大)，并可能影响预测寿命。
在早期的伺服系统中，位于驱动电机后面的旋转编码器提供位置反馈。系统定位精度依赖于滚珠丝杠的导程误差。当定位精度必须在每300毫米0.025毫米以内时，只使用地球螺钉。最近，随着轧制工艺的进步，轧制螺丝的导程误差达到了ISO5级。而现在，由于其具有竞争力的成本，线性编码器是位置反馈的普遍选择。考虑到这些额外的选择，一些设计师可能会想:“如果我在我的应用程序中使用线性刻度，我可以用滚动螺丝而不是地面螺丝节省资金，因为只要螺母预加载为零间隙，刻度将决定精度。”但是这个想法也有缺点。由于扭矩变化过大，加工机器可能会变得噪音更大，表现出伺服不稳定，这可能导致生产批次之间的不一致。
图4:该表显示了波动的限制。
不同的生产方法
为了理解性能差异的原因，回顾一下滚螺纹和磨削螺纹的制造过程是很重要的。滚压螺钉和接地螺钉的制造工艺主要有两个区别:
1.轧制螺钉是通过旋转模具迫使圆棒料形成螺纹而生产的。然后将长棒材切成一定长度并进行热处理。
在轧制前将它们切割成长度会导致接近末端的不准确。中心和轴承轴颈只能加工后螺纹已经完成，这使得保持球螺纹和轴承颈之间的同心度变得更加困难。对地螺丝进行轴颈加工之前对螺纹进行磨削，确保与球螺纹的精密同心度。
图5:该表显示了导程误差的限制
2.在传统的轧制和热处理过程中产生的误差仍然存在于成品中。轧制是一个一步过程，涉及到巨大的成形和重要的应力在材料。随后的热处理产生的应力倾向于拉长螺丝。这种“增长”可能是不一致的，并且在制造过程中很难预测。这些原因就是为什么一旦滚动，就不能进行修正。
由这个过程产生的铅误差通常是累积的，所以检查制造商对铅精度的定义是一个好主意。此外，通常粗糙的表面处理也可能导致潜在的问题，包括更大的噪音和振动，特别是在高速运行;当螺母穿过螺丝时，由于预紧力的变化而产生更高的扭矩变化。
另一方面，磨削滚珠丝杠，完成功能表面，如球螺纹的外径和螺纹本身，一次一个，同时仍然保持同心度和方形-因为相同的中心用于磨削所有关键表面。对于磨削，制造商也可以将过程分割成更小的步骤，并插入质量控制程序或其他过程(重新矫直或热处理以释放材料应力)，然后再进行最后的润饰。
此外，可以调整步骤的顺序，例如，在所有的粗加工完成后再完成螺纹加工。这些步骤可以提供更好的总体精度，并一次解决一个特定的要求规范。在最终精加工前插入质量控制程序也可以减少废料，确保更好的质量一致性，并可以显著降低总成本。
选择地脚螺丝可以在设计上给您更大的灵活性:全肩或超大的颈轴是无法与滚动螺丝，除非螺丝是由几个连接部件组成的，如收缩环或摩擦焊接颈轴。一般来说，不推荐使用焊接颈榫来“装配”滚珠丝杠。
图6显示了滚球和地球螺钉的工艺-关键是地球螺钉的所有关键特性和测量都参照轴的理论中心线，并由轴两端的中心表示。
图6:滚动球螺钉和地面球螺钉的制造步骤不同，影响其性能。对于接地螺钉，所有关键特性和测量都参照轴的理论中心线，并由轴两端的中心表示。
最新的制造业将两者的优点都用上了
磨削仍然被认为比滚动更昂贵。但这种观点并不一定正确，因为最近磨矿与一种特殊的预轧工艺结合在一起，以获得两者的优点。现在可以对螺钉进行预滚压(螺纹只部分成型)，然后在螺纹磨床上磨合，以消除滚压过程中产生的误差。这使得制造商获得了重要的技术工艺优势，因为热处理材料释放的应力可以减少。其基本思想是在磨削过程中去除更少的材料，以在导程误差、直线度、螺纹轮廓等方面获得更一致的结果。这种螺钉的精度与传统地螺钉相当甚至更好，同时在很大程度上保持了滚压工艺的经济优势。
所以，下次听到“滚动滚珠丝杠和地面滚珠丝杠一样好”的时候，要小心了。现在您知道了要对哪些规格和流程提出质疑，以便进行客观比较。
施泰因迈尔公司。
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