由南京理工大学牵头，并联合国内多家滚动功能部件龙头企业共同实施的“高档数控机床滚动功能部件共性技术研发”课题，以“建立国内滚动功能部件基础理论体系和标准体系，解决滚动功能部件稳定批量生产关键技术问题和可靠性工程问题”为目标，确保实现行业自主创新能力的提升，并推动国产滚动功能部件逐步满足高档数控机床的应用需求。
该课题自2012年初实施以来，南京理工大学针对国内滚动功能部件相关试验标准及方法欠缺的现状，联合国内主流滚动功能部件企业，共同制定了滚珠丝杠副、滚动直线导轨副相关精度与性能试验方法。目前，该课题合作单位已举行了多次相关标准研讨会，撰写了12项滚珠丝杠副、滚动直线导轨副测试与试验标准，正待申请国家标准，具体包括：《高速精密滚珠丝杠副第一部分：性能试验规范》、《滚动功能部件可靠性术语和符号》、《滚珠丝杠副可靠性试验规范》、《滚珠丝杠副精度保持性试验规范》、《滚珠丝杠副性能试验规范》、《滚珠丝杠副额定动载荷及疲劳寿命试验规范》、《滚珠丝杠副摩擦力矩试验规范》和《滚珠丝杠副静刚度试验规范》，以及《滚动直线导轨副可靠性试验规范》、《滚动直线导轨副精度保持性试验规范》、《滚动直线导轨副性能试验规范》、《滚动直线导轨副额定动载荷及疲劳寿命试验规范》和《滚动直线导轨副静刚度试验规范》。
结合滚珠丝杠副、滚动直线导轨副的测试与试验标准，开发了相应的滚珠丝杠副、滚动直线导轨副性能检测、精度保持性、可靠性及寿命试验装置。针对上述试验装置的结构创新，共申请发明专利11项、实用新型专利10项。现对各试验台结构及创新点作一介绍。
滚动导轨精度保持性、可靠性试验台
该系列试验台的主要用途是：测试一定加载条件下直线导轨副的精度保持性，并对实际工况下的精度保持性进行试验验证；在加载条件下，实时测试直线导轨副的行走平行度（包括垂直平面内和水平平面内的平行度误差）变化量。该系列试验台包括：用于检测55规格以下导轨的轻型精度保持性试验台，以及用于55规格以上或滚柱型直线导轨的重型精度保持性试验台。其主要结构如图1所示。
该系列试验台的技术特点是：采用对称加载方式，加载力相互抵消，提高了试验台的寿命；可实现手动端消隙、自动端加载，最大加载量15t，并可通过高精度力传感器保证加载精度；采用可更换多位置加载压头设计，能同时适应多种加载模式；滑块工作台面上配有高精度非接触位移传感器，可实时监控导轨副的精度变化，线性重复精度达0.02μm；测控分离，数控系统负责运动控制，工控机完成数据采集与分析。
导轨寿命及额定动载荷试验台
该试验台的主要用途是：对目标直线导轨副进行批量疲劳寿命试验，包括：测定一定加载条件下直线导轨副的实际疲劳寿命，完成实际工况下的全寿命试验或加速寿命试验；在标准条件下对直线导轨副标称的额定动载荷进行验证；检测直线导轨副疲劳状态时的振动噪声信号，并提取疲劳特征。
该试验台结构如图2所示，其中，加载机构由两种液压缸、反馈比例阀和蓄能器组成，最大能提供30t的加载力，加载精度高于5%；拖动系统由电动机、减速器、滚销齿轮和调节机构组成，能提供13990N的推力，最大线速度达1.3m/s；采用可更换转接板，面向35～65的各种型号导轨，最多可同时对3副导轨进行测试。
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滚动直线导轨副综合性能试验台
该试验台主要用于检测长度≤3m、规格35～65的直线导轨副的性能指标和精度指标，具体包括：摩擦力、噪声、温升、加速度、振动和运动精度。
该试验台结构如图3所示，其中，花岗岩的床身结构确保了测试基准形变小、测试精度高；可测滑块相对于导轨的滚转角、偏摆角和俯仰角，通过直线电动机驱动，可测得高速下的性能参数；滑台与被测滑块间采用浮动联接，可测得垂直面及水平面内的行走平行度；轻量设计的拖动台面由世界顶级的直线电动机拖动系统驱动，峰值速度可达5m/s，加速度3g；工作台面两侧对称布局，其上安装有6个高精度位移传感器，可同时独立测量两组导轨。
滚珠丝杠副可靠性试验台
该试验台主要针对丝杠外径≤63mm、螺母外径≤170mm和丝杠螺纹部分长度≤2000mm的滚珠丝杠副进行可靠性试验验证。该试验台具有被测件润滑、冷却和模拟工作加载的条件，可检测滚珠丝杠副疲劳状态时的振动和噪声信号，并提取特征信号。该试验台涉及两项专利技术。
图4所示为该试验台的结构示意图。其中，加载系统由15kW的伺服电动机和动态扭矩传感器组成，可从两个方向对被测丝杠加载，最大加载力2t，同时还能实时测量输出扭矩；特殊设计的螺母支撑和内力加载系统，能够适应不同型号的螺母；头尾支撑单元的弹性锥套设计，结合可滑动尾架，能够满足固定-固定、固定-自由、固定-悬空3种安装方式的各种长度丝杠的测试试验需求，并能提高模拟预拉伸平台。
滚珠丝杠副精度保持性试验台
该精度保持性试验台的试验对象与上述可靠性试验台基本一致，结构如图5所示，其床身、丝杠固定结构和丝杠驱动系统与可靠性试验台的相似，区别在于：头架上安装了高精度长光栅和圆磁栅，能实时检测精度变化情况；采用了双向双股钢缆结构和拉力平衡结构，可将持续的轴向往复载荷转变为扭矩载荷并予以施加，结合拉力传感器组成闭环方式，使施力精度达到2%。
基于以上特点，该试验台一般用于精度保持性试验验证，即测定一定加载条件下滚珠丝杠副的精度保持性。
滚珠丝杠副综合性能试验台
针对目前国内缺乏滚珠丝杠副综合性能测试试验装置的问题，在综合以上各试验台创新点的基础上，通过在滚珠丝杠副综合性能试验台上配备加速度、噪声、温度、温位移、静态扭矩、动态扭矩和高精度光栅等传感器，实现了对滚珠丝杠副的精度、刚性和载荷等性能指标进行同步监控的目的。试验台结构如图6所示，采用了特殊设计的头尾支撑单元及螺母支撑单元，其中，头尾支撑单元采用弹性锥套设计，满足了承载大轴向力的功能要求，方便了试验对象的频繁更换；螺母支撑单元可以满足高速和低速两种工况要求，其中安装的静态扭矩传感器，能够在承载大的轴向载荷下，实时反应螺母预紧力的变化情况。
结语
高速、重载、精密滚珠丝杠与直线导轨是高档数控机床运动驱动的主要元件，其水平的高低直接影响高档数控机床的性能。本课题开发的测试试验仪器及装备能够对作用在滚珠丝杠副和滚动直线导轨副上不同大小、方向及变化的负载进行模拟，满足国内滚动功能部件行业测试、试验产品的应用需求，为我国高档数控机床与基础制造装备自主开发能力的提高奠定了关键的技术基础，为相关领域的发展提供了相关技术研究成果、科研开发平台和高效率的试验平台。
滚动功能部件测试与试验规范的提出，为滚动功能部件的性能检测以及精度保持性、可靠性及寿命检测提供了统一的测试标准，填补了行业空白。
