滾珠螺桿的應用技術
2008-08-22 10:34:20
摘 要：羅升企業(yè)作為全球專業(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，調試，檢測和故障分析排除時對問題進行綜合考慮的能力。
文中闡述了滾珠螺桿在高速高精數(shù)控機床上的應用，并重點對滾珠螺桿在實際應用中的安裝，調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
滾珠螺桿是將回轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為回轉運動的理想的產(chǎn)品。滾珠螺桿副有多種結構型式。按滾珠循環(huán)方式分為外循環(huán)和內循環(huán)兩大類。外循環(huán)回珠器用插管式的較多，內循環(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。
按預加負載形式分，可分為單螺母無預緊、單螺母變位導程預緊、單螺母加大鋼球徑向預緊、雙螺母墊片預緊、雙螺母差齒預緊、雙螺母螺紋預緊。數(shù)控機床上常用雙螺母墊片式預緊，其預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)控機床上的應用
高速加工是面向21世紀的一項高新技術，它以高效率、高精度和高表面質量為基本特征，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用，并已取得了重大的技術經(jīng)濟效益，是當代先進制造技術的重要組成部分。為了實現(xiàn)高速加工，首先要有高速數(shù)控機床。高速數(shù)控機床必須同時具有高速主軸系統(tǒng)和高速進給系統(tǒng)，才能實現(xiàn)材料切削過程的高速化。為了實現(xiàn)高速進給，國內外有關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)適當加大螺桿的轉速、導程和螺紋頭數(shù)。目前常用大導程滾珠螺桿名義直徑與導程的匹配為：40mm×20mm，50mm×25mm，50mm×30mm等，其進給速度均可達到60m/min以上。為了提高滾珠絲桿的剛度和承載能力，大導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) 改進結構，提高滾珠運動的流暢性。改進滾珠循環(huán)反向裝置，優(yōu)化回珠槽的曲線參數(shù)，采用三維造型的導珠管和回珠器，真正做到沿著內螺紋的導程角方向將滾珠引進螺母體中，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。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，直接影響高速機床的加工精度。采用“空心強冷”技術，就是將恒溫切削液通入空心絲桿的孔中，對滾珠螺桿進行強制冷卻，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給系統(tǒng)，可采用螺桿固定、螺母旋轉的傳動方式。此時，螺母一邊轉動、一邊沿固定的螺桿作軸向移動，由于絲桿不動，可避免受臨界轉速的限制，避免了細長滾珠螺桿高速運轉時出現(xiàn)的種種問題。螺母慣性小、運動靈活，可實現(xiàn)的轉速高。
(5) 進一步提高滾珠螺桿的制造質量。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60m/min，個別情況下甚至可達90m/min，加速度可達15m/s2。由于滾珠螺桿歷史悠久、工藝成熟、應用廣泛、成本較低，因此在中等載荷、進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)濟型高速數(shù)控機床上仍然經(jīng)常被采用。
三、滾珠螺桿的安裝
數(shù)控機床的進給系統(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構剛度也是不可忽視的因素。螺母座及支承座都應具有足夠的剛度和精度。通常都適當加大和機床結合部件的接觸面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸強度，新設計的機床在工藝條件允許時常常把螺母座或支承座與機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?shù)臐L動軸承也是十分重要的。國內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，其結構雖簡單，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構尺寸。近年來國內外的軸承生產(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)目并相應減小滾珠的直徑。這種新結構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)選配好內外環(huán)的厚度，裝配時只要用螺母和端蓋將內環(huán)和外環(huán)壓緊，就能獲得出廠時已經(jīng)調整好的預緊力。
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
