數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠螺母副常見故障分析

■白銀礦冶職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （甘肅 730900） 高永祥

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滾珠絲杠螺母副是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的重要組成部分，是把驅(qū)動電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為各進(jìn)給軸的直線運動。滾珠絲杠的性能和精度會很大程度地影響其所在數(shù)控機(jī)床的性能和精度。

1.滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)與原理

（1）結(jié)構(gòu)原理：滾珠絲杠螺母副（簡稱滾珠絲杠）是以滾珠作為滾動體的螺旋式傳動元件，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

工作原理：絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道，將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來，構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動即自轉(zhuǎn)，迫使螺母（或絲杠）作軸向移動。

（2）滾珠絲杠螺母副的分類：根據(jù)滾珠在運動過程中是否始終與絲杠接觸，可分為內(nèi)循環(huán)（見圖2）與外循環(huán)（形式參照圖1）兩種。

滾珠在返回過程中與絲杠保持接觸的稱內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠的回珠滾道布置在螺母內(nèi)部，其回珠滾道稱為返向器，以腰形槽嵌塊居多。如圖2所示。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)緊湊、定位可靠且剛性好，不易發(fā)生磨損和滾珠堵塞現(xiàn)象，但制造較復(fù)雜，成本高。

圖1 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)1.回珠管道 2.絲杠 3.滾珠 4.螺母

圖2 內(nèi)循環(huán)

滾珠在返回過程中與絲杠脫離接觸的循環(huán)方式稱為外循環(huán)。外循環(huán)滾珠絲杠的滾珠通過布置在螺母外部的回珠管道返回到絲杠螺母滾道中。這種結(jié)構(gòu)是在螺母上沿軸向相隔數(shù)個半導(dǎo)程處，鉆兩個孔與螺旋槽相切，作為滾珠的進(jìn)口與出口；再在螺母的外表面上銑出回珠槽并溝通兩孔。另外，在螺母內(nèi)的進(jìn)、出口處各裝一個擋珠器，并在螺母表面裝一個套筒，這樣就構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道。其制造簡單，使用較廣泛。但對回珠管道的接縫要求高，通常很難做到平滑，影響滾珠滾動的平穩(wěn)性，嚴(yán)重時甚至發(fā)生卡珠現(xiàn)象，且噪聲大。

2.滾珠絲杠副的常見故障診斷與分析

常見故障與處理：滾珠絲杠副的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，其故障診斷及排除方法如附表所示。

3.常見故障維修實例

（1）某加工中心在使用一段時間后，出現(xiàn)Z軸方向的加工尺寸不穩(wěn)定的問題，誤差無規(guī)律，CNC及伺服無任何故障報警。

滾珠絲杠螺母副的常見故障及排除方法表

故障分析：由于該加工中心采用的是半閉環(huán)控制，機(jī)床出現(xiàn)故障時CNC未發(fā)生位置跟蹤誤差過大報警，表明CNC指令的位置和位置測量系統(tǒng)的檢測位置相符，因此，故障與伺服驅(qū)動系統(tǒng)無關(guān)，其原因應(yīng)在進(jìn)給傳動系統(tǒng)上。

故障處理：檢測本機(jī)的伺服電動機(jī)和滾珠絲杠是通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接，根據(jù)故障現(xiàn)象分析，其故障原因可能是聯(lián)軸器聯(lián)接松動，導(dǎo)致滾珠絲杠和伺服電動機(jī)之間產(chǎn)生滑動。檢查發(fā)現(xiàn)，該聯(lián)軸器的緊固螺釘松動，緊固螺釘后故障消失。

（2）VMC850加工中心X軸在移動過程中出現(xiàn)明顯的機(jī)械抖動和噪聲，但數(shù)控系統(tǒng)無報警。

故障分析：由于機(jī)床無報警信號，可以初步判斷故障為機(jī)械故障而非電氣及參數(shù)故障，可將滾珠絲杠與電動機(jī)軸的聯(lián)軸器松開，單獨檢查伺服系統(tǒng)的運動情況。經(jīng)檢查，伺服電動機(jī)運動平穩(wěn)、無振動，而手動旋轉(zhuǎn)絲杠，能明顯感覺到絲杠承受的負(fù)載大小不一，由此可斷定故障位置在進(jìn)給傳動系統(tǒng)上。

故障處理：檢查滾珠絲杠及支持軸承，發(fā)現(xiàn)支持軸承有破損，更換同型號的軸承后故障消失。

（3）某數(shù)控車床前期由于X軸運動噪聲過大而進(jìn)行修理，更換軸承后噪聲消失。在使用了一段時間后出現(xiàn)X軸跟蹤誤差過大的報警信號。

故障分析：由于出現(xiàn)X軸跟蹤誤差報警，故障位置可能在伺服系統(tǒng)和進(jìn)給傳動系統(tǒng)上，需要逐一檢查，才可確定故障原因。可將滾珠絲杠與電動機(jī)軸的聯(lián)軸器松開，讓伺服電動機(jī)獨立運行，檢查數(shù)控系統(tǒng)有無跟蹤誤差過大報警信號，經(jīng)檢查，數(shù)控系統(tǒng)無報警信號，可以確定伺服系統(tǒng)是完好的，故障位置在進(jìn)給傳動系統(tǒng)上。

故障處理：檢查滾珠螺母絲杠，發(fā)現(xiàn)螺母與小滑板緊固螺釘松動，擰緊后重新運行，故障消失。

4.結(jié)語

滾珠絲杠螺母副的運動主要是機(jī)械傳動，各部件之間如潤滑不良就會出現(xiàn)機(jī)械磨損，從而引起運動不平穩(wěn)、出現(xiàn)噪聲、加工精度低、定位精度低和反向誤差較大等故障現(xiàn)象。所以，機(jī)床的日常保養(yǎng)非常重要，要養(yǎng)成“隨時保養(yǎng)、隨時清理”的好習(xí)慣，可以減少故障的發(fā)生。