滾珠螺桿的應(yīng)用技術(shù)
2008-08-22 10:34:20
摘 要：羅升企業(yè)作為全球?qū)I(yè)精密滾珠螺桿及線性傳動產(chǎn)品制造商-上銀（HIWIN）科技在大陸的推廣和銷售服務(wù)商，我們擁要有扎實的綜合知識，以及豐富的實踐經(jīng)驗。并且具有在滾珠螺桿安裝，調(diào)試，檢測和故障分析排除時對問題進(jìn)行綜合考慮的能力。
文中闡述了滾珠螺桿在高速高精數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，并重點對滾珠螺桿在實際應(yīng)用中的安裝，調(diào)試和檢測以及故障的分析排除做了介紹。
一、滾珠螺桿的介紹
滾珠螺桿是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠螺桿副有多種結(jié)構(gòu)型式。按滾珠循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類。外循環(huán)回珠器用插管式的較多，內(nèi)循環(huán)回珠器用腰形槽嵌塊式的較多。
按螺紋軌道的截面形狀分為單圓弧和雙圓弧兩種截形。由于雙圓弧截形軸向剛度大于單圓弧截形，因此目前普遍采用雙圓弧截形的絲杠。
按預(yù)加負(fù)載形式分，可分為單螺母無預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母加大鋼球徑向預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母差齒預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊。數(shù)控機(jī)床上常用雙螺母墊片式預(yù)緊，其預(yù)緊力一般為軸向載荷的1/3。
滾珠螺桿與滑動桿螺母副比較有很多優(yōu)點：傳動效率高、靈敏度高、傳動平穩(wěn)：磨損小、壽命長；可消除軸向間隙，提高軸向剛度等。
二、滾珠螺桿在高速數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用
高速加工是面向21世紀(jì)的一項高新技術(shù)，它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征，在航天航空、汽車工業(yè)、模具制造、光電工程和儀器儀表等行業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。為了實現(xiàn)高速加工，首先要有高速數(shù)控機(jī)床。高速數(shù)控機(jī)床必須同時具有高速主軸系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng)，才能實現(xiàn)材料切削過程的高速化。為了實現(xiàn)高速進(jìn)給，國內(nèi)外有關(guān)制造廠商不斷采取措施，提高滾珠螺桿的高速性能。主要措施有：
（1)適當(dāng)加大螺桿的轉(zhuǎn)速、導(dǎo)程和螺紋頭數(shù)。目前常用大導(dǎo)程滾珠螺桿名義直徑與導(dǎo)程的匹配為：40mm×20mm，50mm×25mm，50mm×30mm等，其進(jìn)給速度均可達(dá)到60m/min以上。為了提高滾珠絲桿的剛度和承載能力，大導(dǎo)程滾珠螺桿一般采用雙頭螺紋，以提高滾珠的有效承載圈數(shù)。
（2) 改進(jìn)結(jié)構(gòu)，提高滾珠運動的流暢性。改進(jìn)滾珠循環(huán)反向裝置，優(yōu)化回珠槽的曲線參數(shù)，采用三維造型的導(dǎo)珠管和回珠器，真正做到沿著內(nèi)螺紋的導(dǎo)程角方向?qū)L珠引進(jìn)螺母體中，使?jié)L珠運動的方向與滾道相切而不是相交。這樣可把沖擊損耗和噪聲減至最小。
(3) 采用“空心強冷”技術(shù)。高速滾珠螺桿在運行時由于摩擦產(chǎn)生高溫，造成螺桿的熱變形，直接影響高速機(jī)床的加工精度。采用“空心強冷”技術(shù)，就是將恒溫切削液通入空心絲桿的孔中，對滾珠螺桿進(jìn)行強制冷卻，保持滾珠副溫度的恒定。這個措施是提高中、大型滾珠螺桿高速性能和工作精度的有效途徑。
(4) 對于大行程的高速進(jìn)給系統(tǒng)，可采用螺桿固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動方式。此時，螺母一邊轉(zhuǎn)動、一邊沿固定的螺桿作軸向移動，由于絲桿不動，可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制，避免了細(xì)長滾珠螺桿高速運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的種種問題。螺母慣性小、運動靈活，可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。
(5) 進(jìn)一步提高滾珠螺桿的制造質(zhì)量。通過采用上述種種措施后，可在一定程度上克服傳統(tǒng)滾珠螺桿存在的一些問題。其最大快速移動速度可達(dá)60m/min，個別情況下甚至可達(dá)90m/min，加速度可達(dá)15m/s2。由于滾珠螺桿歷史悠久、工藝成熟、應(yīng)用廣泛、成本較低，因此在中等載荷、進(jìn)給速度要求并不十分高、行程范圍不太大(小于4～5m)的一般高速加工中心和其他經(jīng)濟(jì)型高速數(shù)控機(jī)床上仍然經(jīng)常被采用。
三、滾珠螺桿的安裝
數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠螺桿螺母本身的剛度之外，滾珠螺桿正確的安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。螺母座及支承座都應(yīng)具有足夠的剛度和精度。通常都適當(dāng)加大和機(jī)床結(jié)合部件的接觸面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸強度，新設(shè)計的機(jī)床在工藝條件允許時常常把螺母座或支承座與機(jī)床本體做成整體來增大剛度。
為了提高支承的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動軸承也是十分重要的。國內(nèi)目前主要采用兩種組合方式。一種是把向心軸承和圓錐軸承組合使用，其結(jié)構(gòu)雖簡單，但軸向剛度不足。另一種是把推力軸承或向心推力軸承和向心軸承組合使用，其軸向剛度有了提高，但增大了軸承的摩擦阻力和發(fā)熱而且增加了軸承支架的結(jié)構(gòu)尺寸。近年來國內(nèi)外的軸承生產(chǎn)廠家已生產(chǎn)出一種滾珠螺桿專用軸承，這是一種能夠承受很大軸向力的特殊向心推力球軸承，與一般的向心推力球軸承相比，接觸角增大到60?，增加了滾珠的數(shù)目并相應(yīng)減小滾珠的直徑。這種新結(jié)構(gòu)的軸承比一般軸承的軸向剛度提高了兩倍以上，而且使用極為方便，產(chǎn)品成對出售，而且在出廠時已經(jīng)選配好內(nèi)外環(huán)的厚度，裝配時只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就能獲得出廠時已經(jīng)調(diào)整好的預(yù)緊力。
滾珠螺桿的安裝方式通常有以下幾種：
1. 雙推一自由方式
絲桿一端固定，一端自由
