????????該課題自2012年初實施以來，南京理工大學針對國內滾動功能部件相關試驗標準及方法欠缺的現狀，聯合國內主流滾動功能部件企業，共同制定了滾珠絲杠副、滾動直線導軌副相關精度與性能試驗方法。目前，該課題合作單位已舉行了多次相關標準研討會，撰寫了12項滾珠絲杠副、滾動直線導軌副測試與試驗標準，正待申請國家標準，具體包括：《高速精密滾珠絲杠副第一部分：性能試驗規范》、《滾動功能部件可靠性術語和符號》、《滾珠絲杠副可靠性試驗規范》、《滾珠絲杠副精度保持性試驗規范》、《滾珠絲杠副性能試驗規范》、《滾珠絲杠副額定動載荷及疲勞壽命試驗規范》、《滾珠絲杠副摩擦力矩試驗規范》和《滾珠絲杠副靜剛度試驗規范》，以及《滾動直線導軌副可靠性試驗規范》、《滾動直線導軌副精度保持性試驗規范》、《滾動直線導軌副性能試驗規范》、《滾動直線導軌副額定動載荷及疲勞壽命試驗規范》和《滾動直線導軌副靜剛度試驗規范》。

????????結合滾珠絲杠副、滾動直線導軌副的測試與試驗標準，開發了相應的滾珠絲杠副、滾動直線導軌副性能檢測、精度保持性、可靠性及壽命試驗裝置。針對上述試驗裝置的結構創新，共申請發明專利11項、實用新型專利10項?，F對各試驗臺結構及創新點作一介紹。

????????滾動導軌精度保持性、可靠性試驗臺

????????該系列試驗臺的主要用途是：測試一定加載條件下直線導軌副的精度保持性，并對實際工況下的精度保持性進行試驗驗證；在加載條件下，實時測試直線導軌副的行走平行度（包括垂直平面內和水平平面內的平行度誤差）變化量。該系列試驗臺包括：用于檢測55規格以下導軌的輕型精度保持性試驗臺，以及用于55規格以上或滾柱型直線導軌的重型精度保持性試驗臺。其主要結構如圖1所示。

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????????該系列試驗臺的技術特點是：采用對稱加載方式，加載力相互抵消，提高了試驗臺的壽命；可實現手動端消隙、自動端加載，最大加載量15t，并可通過高精度力傳感器保證加載精度；采用可更換多位置加載壓頭設計，能同時適應多種加載模式；滑塊工作臺面上配有高精度非接觸位移傳感器，可實時監控導軌副的精度變化，線性重復精度達0.02μm；測控分離，數控系統負責運動控制，工控機完成數據采集與分析。

????????導軌壽命及額定動載荷試驗臺

????????該試驗臺的主要用途是：對目標直線導軌副進行批量疲勞壽命試驗，包括：測定一定加載條件下直線導軌副的實際疲勞壽命，完成實際工況下的全壽命試驗或加速壽命試驗；在標準條件下對直線導軌副標稱的額定動載荷進行驗證；檢測直線導軌副疲勞狀態時的振動噪聲信號，并提取疲勞特征。

????????該試驗臺結構如圖2所示，其中，加載機構由兩種液壓缸、反饋比例閥和蓄能器組成，最大能提供30t的加載力，加載精度高于5%；拖動系統由電動機、減速器、滾銷齒輪和調節機構組成，能提供13990N的推力，最大線速度達1.3m/s；采用可更換轉接板，面向35～65的各種型號導軌，最多可同時對3副導軌進行測試。

????????滾動直線導軌副綜合性能試驗臺

????????該試驗臺主要用于檢測長度≤3m、規格35～65的直線導軌副的性能指標和精度指標，具體包括：摩擦力、噪聲、溫升、加速度、振動和運動精度。

????????該試驗臺結構如圖3所示，其中，花崗巖的床身結構確保了測試基準形變小、測試精度高；可測滑塊相對于導軌的滾轉角、偏擺角和俯仰角，通過直線電動機驅動，可測得高速下的性能參數；滑臺與被測滑塊間采用浮動聯接，可測得垂直面及水平面內的行走平行度；輕量設計的拖動臺面由世界頂級的直線電動機拖動系統驅動，峰值速度可達5m/s，加速度3g；工作臺面兩側對稱布局，其上安裝有6個高精度位移傳感器，可同時獨立測量兩組導軌。

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????????滾珠絲杠副可靠性試驗臺

????????該試驗臺主要針對絲杠外徑≤63mm、螺母外徑≤170mm和絲杠螺紋部分長度≤2000mm的滾珠絲杠副進行可靠性試驗驗證。該試驗臺具有被測件潤滑、冷卻和模擬工作加載的條件，可檢測滾珠絲杠副疲勞狀態時的振動和噪聲信號，并提取特征信號。該試驗臺涉及兩項專利技術。

????????圖4所示為該試驗臺的結構示意圖。其中，加載系統由15kW的伺服電動機和動態扭矩傳感器組成，可從兩個方向對被測絲杠加載，最大加載力2t，同時還能實時測量輸出扭矩；特殊設計的螺母支撐和內力加載系統，能夠適應不同型號的螺母；頭尾支撐單元的彈性錐套設計，結合可滑動尾架，能夠滿足固定-固定、固定-自由、固定-懸空3種安裝方式的各種長度絲杠的測試試驗需求，并能提高模擬預拉伸平臺。

????????滾珠絲杠副精度保持性試驗臺

????????該精度保持性試驗臺的試驗對象與上述可靠性試驗臺基本一致，結構如圖5所示，其床身、絲杠固定結構和絲杠驅動系統與可靠性試驗臺的相似，區別在于：頭架上安裝了高精度長光柵和圓磁柵，能實時檢測精度變化情況；采用了雙向雙股鋼纜結構和拉力平衡結構，可將持續的軸向往復載荷轉變為扭矩載荷并予以施加，結合拉力傳感器組成閉環方式，使施力精度達到2%。

????????基于以上特點，該試驗臺一般用于精度保持性試驗驗證，即測定一定加載條件下滾珠絲杠副的精度保持性。

????????滾珠絲杠副綜合性能試驗臺

????????針對目前國內缺乏滾珠絲杠副綜合性能測試試驗裝置的問題，在綜合以上各試驗臺創新點的基礎上，通過在滾珠絲杠副綜合性能試驗臺上配備加速度、噪聲、溫度、溫位移、靜態扭矩、動態扭矩和高精度光柵等傳感器，實現了對滾珠絲杠副的精度、剛性和載荷等性能指標進行同步監控的目的。試驗臺結構如圖6所示，采用了特殊設計的頭尾支撐單元及螺母支撐單元，其中，頭尾支撐單元采用彈性錐套設計，滿足了承載大軸向力的功能要求，方便了試驗對象的頻繁更換；螺母支撐單元可以滿足高速和低速兩種工況要求，其中安裝的靜態扭矩傳感器，能夠在承載大的軸向載荷下，實時反應螺母預緊力的變化情況。

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????????結語

????????高速、重載、精密滾珠絲杠與直線導軌是高檔數控機床運動驅動的主要元件，其水平的高低直接影響高檔數控機床的性能。本課題開發的測試試驗儀器及裝備能夠對作用在滾珠絲杠副和滾動直線導軌副上不同大小、方向及變化的負載進行模擬，滿足國內滾動功能部件行業測試、試驗產品的應用需求，為我國高檔數控機床與基礎制造裝備自主開發能力的提高奠定了關鍵的技術基礎，為相關領域的發展提供了相關技術研究成果、科研開發平臺和率的試驗平臺。

????????滾動功能部件測試與試驗規范的提出，為滾動功能部件的性能檢測以及精度保持性、可靠性及壽命檢測提供了統一的測試標準，填補了行業空白。