1.结构原理

滚珠丝杠螺母副（简称滚珠丝杠，见图2.3-1）的制造工艺成熟、生产成本低、安装维修方便，它是进给行程6m以下的中小型数控机床使用最为广泛的传动形式。

图2.3-1 滚珠丝杠外形图

滚珠丝杠是以滚珠作为滚动体的螺旋式传动元件，按螺纹轨道的截面形状，它可分为单圆弧和双圆弧两种，采用双圆弧截面的轴向刚度大于单圆弧截面，因此，它是目前普遍采用的形式。

双圆弧截面滚珠丝杠的丝杠和螺母上都加工有同直径的半圆螺旋槽，当它们套装在一起时，便成了圆形的螺旋滚道。螺母上还加工有滚珠返回的回珠滚道，它用来连接螺旋滚道的两端，使之成为封闭的滚道，以便滚珠形成循环。丝杠的滚道内装有滚珠，当丝杠旋转时，滚珠一方面在滚道内自转，同时又可沿滚道螺旋运动；滚珠运动到滚道终点后，可通过回珠滚道返回起点，形成循环。滚珠的螺旋运动，可使丝杠和螺母间产生轴向相对运动。当丝杠（或螺母）固定时，螺母（或丝杠）即可产生直线运动，以驱动工作台等运动部件。

2.内循环和外循环

滚珠丝杠螺母上的回珠滚道形式称为滚珠丝杠的循环方式，它有图2.3-2所示的内循环和外循环两种。

内循环滚珠丝杠的结构如图2.3-2a所示，其回珠滚道布置在螺母内部，滚珠在返回过程中与丝杠接触，回珠滚道通常为腰形槽嵌块，一般每圈滚道都构成独立封闭循环。内循环滚珠丝杠的结构紧凑、定位可靠、运动平稳，且不易发生滚珠磨损和卡塞现象，但其制造较复杂，此外，也不可用于多头螺纹传动丝杠。

图2.3-2 滚珠丝杠的循环方式

a）内循环 b）外循环(www.daowen.com)

外循环滚珠丝杠的结构如图2.3-2b所示，其回珠滚道一般布置在螺母外部，滚珠在返回过程中与丝杠无接触。外循环丝杠只要有一个统一的回珠滚道，因此，结构简单、制造容易；但它对回珠滚道的结合面要求较高，滚道连接不良，不仅影响滚珠平稳运动，严重时甚至会发生卡珠现象，此外，外循环丝杠运行时的噪声也较大。

3.高速丝杠

为了满足现代高速、高精度加工机床的传动需要，滚珠丝杠制造厂商正在不断采取措施，提高滚珠丝杠的高速性能，瑞士、德国、日本在滚珠丝杠高速化方面处于国际领先地位，它们所采取的措施主要有如下几点。

（1）高速化

提高丝杠的转速特征值、增加导程和采用双头螺纹，是实现滚珠丝杠高速化的主要措施。转速特征值的提高，可在同样的导程下，提高丝杠转速，以提高进给速度；增加丝杠的导程可在同样的丝杠转速下，提高直线运动的进给速度；采用双头螺纹结构，则可增加滚珠的有效承载圈数，提高滚珠丝杠的刚度和承载能力。

（2）低损耗

通过计算机三维造型技术，优化回珠滚道的曲线和导珠管、回珠器的结构；使滚珠的运动方向与滚道相切，以保证滚珠能沿着内螺纹的导程角方向进入螺母体；可使滚珠的运动更为通畅，以减少运动冲击和损耗，降低丝杠噪声。

（3）强制冷却

滚珠丝杠在高速旋转时的摩擦温升，将导致丝杠热变形，而影响运动速度和精度。采用中心冷却的丝杠，可以将恒温冷却液直接通入丝杠内部，对滚珠丝杠进行强制冷却，以保持丝杠温度恒定，它是目前高速、高精度丝杠的常见结构之一。

通过上述措施，采用滚珠丝杠传动的进给系统，目前可达到的最大运动速度大约为90m/min、最大加速度为1.5g（15m/s²）左右；在速度超过90m/min或加速度超过1.5g的机床上，则需要采用直线电动机直接驱动。