數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠的安裝與調(diào)整研究

肖興隆

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)元件，它是一種精密、高效率、高剛度、高壽命、節(jié)能省電的先進(jìn)傳動(dòng)元件，將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)。因此廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造，特別是數(shù)控機(jī)床及加工中心上，為主機(jī)的高效高速化提供了良好的條件。隨著數(shù)控機(jī)床、加工中心工作精度要求的日益提高，滾珠絲杠副的高精度化成為發(fā)展的必然趨勢，在主機(jī)上的安裝精度也逐漸成為裝配中的突出問題，為了達(dá)到機(jī)床坐標(biāo)位置精度的要求，減少絲杠繞度，防止徑向和偏置載荷，減少絲杠軸系各環(huán)節(jié)的升溫與熱變形，最大限度地減輕伺服電機(jī)的傳動(dòng)扭矩，提高機(jī)床連續(xù)工作的可靠性，我們必須充分注意提高滾珠絲杠副在機(jī)床上的安裝精度。

1 滾珠絲杠的安裝

常見的數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠有如下的特點(diǎn):

（1）與滑動(dòng)桿副相比，驅(qū)動(dòng)力矩為1/3滾珠絲杠的絲杠軸于絲母之間有很多滾絲在做運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力達(dá)到1/3一下，即可達(dá)到同樣的運(yùn)動(dòng)效果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3.在省電方面也很有幫助。

（2）高精度軸承的保證，滾珠絲杠使用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的精致管理體質(zhì)使精度得以保證。

（3）微進(jìn)給可能，滾珠絲杠由于是利用滾珠運(yùn)功，所以啟動(dòng)力極小，不會(huì)出現(xiàn)華東運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精度的微進(jìn)給。

（4）無側(cè)隙、剛性好滾珠絲杠可以加予壓力可使用軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性（滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí)，由于滾珠的坼力可使用絲母的剛性增強(qiáng)）。

（5）高速進(jìn)給軸承可能滾珠絲杠是由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給（運(yùn)動(dòng)）。精度公差:C10，C7，C5，C3，C2，C1——數(shù)字越小，精度越高。

按照傳統(tǒng)的工藝方法，安裝滾珠絲杠副一直沿用芯棒和定位套將兩端支承軸承座及中間絲母座連接在一起校正、用百分表將芯棒軸線與機(jī)床導(dǎo)軌找正平行并令芯棒傳動(dòng)自如輕快的方法。這種安裝方法在三個(gè)坐標(biāo)方向行程較小的小型數(shù)控機(jī)床和加工中心上應(yīng)用較方便。由于芯棒與定位套、定位套與兩端支承的軸承孔以及中間的絲母座孔存在著配合間隙，往往使安裝后的支承軸承孔和絲母座孔的同軸度誤差較大，造成絲杠繞度增大、徑向偏置載荷增加、引起絲杠軸系各環(huán)節(jié)的溫度升高、熱變形變大和傳動(dòng)扭矩增大等一系列嚴(yán)重后果，導(dǎo)致伺服電機(jī)超載、過熱，伺服系統(tǒng)報(bào)警，影響機(jī)床的正常運(yùn)行。另外，兩端軸承孔與中間絲母座孔的實(shí)際差值無法準(zhǔn)確測量，從而影響進(jìn)一步的精確調(diào)整。對于三個(gè)坐標(biāo)方向行程較大的數(shù)控機(jī)床和加工中心，由于所需芯棒多在1500mm以上，加工困難，不易保證精度，因此無法采用芯棒與定位套配合的找正方法進(jìn)行滾珠絲杠副的安裝。在生產(chǎn)某型臥式加工中心時(shí)，由于機(jī)床的三個(gè)坐標(biāo)行程較大，采用傳統(tǒng)工藝方法安裝的過程中，由于兩端軸承孔與中間絲母座孔同軸度超差，造成滾珠絲杠徑向和偏置載荷增加，經(jīng)常出現(xiàn)伺服電機(jī)超載、過熱，伺服系統(tǒng)報(bào)警等現(xiàn)象，使機(jī)床無法連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)嚴(yán)重影響滾珠絲杠副的使用壽命和傳動(dòng)精度，縮短了主機(jī)的維修周期。利用其他裝配方法，如采用移動(dòng)滑鞍，縮短絲母座與軸承座的距離，將絲母座與兩端軸承座分別找正的方法，由于需要兩段分別找正，加上檢棒和檢套的配合間隙，實(shí)際應(yīng)用效果也不理想，同樣存在上述問題。

2 滾珠絲杠的調(diào)整

在安裝滾珠絲杠的過程中，必須嚴(yán)格控制滾珠絲杠的軸向竄動(dòng)量，此項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)將直接影響滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)位置精度。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際驗(yàn)證:首先，要將安裝伺服電機(jī)端的軸承座內(nèi)的軸承裝配好，它是在滾動(dòng)絲杠傳動(dòng)過程中起主要作用的，控制滾珠絲杠的軸向竄動(dòng)量在0.015～0.02之間；然后，再將另一端軸承座內(nèi)的軸承裝配好，使軸向竄動(dòng)量控制在0.01以內(nèi)。這樣，就能有效保證滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的剛度和精度。滾珠絲杠軸的預(yù)拉伸也是非常必要的。為了提高滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的剛度和精度，給絲杠軸實(shí)施了預(yù)拉伸是有效地的，但由于絲杠軸的各斷面不同，而溫升值又不易精確設(shè)定，所以按有關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算出的預(yù)拉力只能作為一個(gè)參考量。在生產(chǎn)實(shí)踐中常常是把具有負(fù)值方向的目標(biāo)值的絲杠軸進(jìn)行預(yù)拉伸，使機(jī)床工作臺(tái)的定位精度曲線的走向接近水平即可。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，通過采用上述新工藝方法裝配的某大型加工中心三個(gè)坐標(biāo)方向的滾珠絲杠的空載扭矩明顯降低，伺服電機(jī)及伺服系統(tǒng)工作正常，未出現(xiàn)過三個(gè)坐標(biāo)方向的伺服報(bào)警，機(jī)床可連續(xù)運(yùn)行72h以上。充分說明了采用這種新工藝方法，能有效地保證滾珠絲桿副的安裝精度，并且這種方法不受機(jī)床行程大小的限制，在行程大小任意機(jī)床能有效地使用。機(jī)床行程越大，越能發(fā)揮出無可比擬的優(yōu)越性，效果也越好，為大型數(shù)控機(jī)床、加工中心滾珠絲杠副的安裝，提供了一種有效、可靠的方法。

3 結(jié)語

隨著數(shù)控機(jī)床、加工中心工作精度要求的日益提高,滾珠絲杠副的高精度化成為發(fā)展的必然趨勢,在主機(jī)上的安裝精度也逐漸成為裝配中的突出問題。為了達(dá)到機(jī)床坐標(biāo)位置精度的要求,減少絲杠撓度,防止徑向和偏置載荷,減少絲杠軸系各環(huán)節(jié)的升溫與熱變形,最大限度地減輕伺服電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)扭矩,提高機(jī)床連續(xù)工作的可靠性,我們必須充分注意提高滾珠絲杠副在機(jī)床上的安裝精度。