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滾珠絲杠的安裝形式 
    滾珠絲杠副作為數控機床的進給傳動鏈,其裝配形式和精度決定了數控機床的定位精度,也影響著進給軸插補運行的平穩性。 
一、滾珠絲杠副安裝形式及受力 
控機床進給軸常見的絲杠支撐有如下幾種形式: 
1、一端固定——一端自由 
    絲杠一端固定,另一端自由。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力,這種支承方式用于行程小的短絲杠或者用于全閉環的機床,因為這種結構的機械定位精度是最不可靠的,特別是對于長徑比大的絲杠(滾珠絲杠相對細長),熱變性是很明顯的,1.5m長的絲杠在冷、熱的不同環境下變化0.05~0.10mm是很正常的。但是由于他的結構簡單,安裝調試方便,許多高精度機床仍然采用這種結構,但是必須加裝光柵,采用全閉環反饋。 
2、一端固定——另一端支承 
    絲杠一端固定,另一端支承。固定端同時承受軸向力和徑向力;支承端只承受徑向力,而且能作微量的軸向浮動,可以減少或避免因絲杠自重而出現的彎曲,同時絲杠熱變形可以自由的向一端伸長。這種結構使用最廣泛,目前國內中小型數控車床、立式加工中心等均采用這種結構。 
3、兩端固定 
    絲杠兩端均固定。固定端軸承都可以同時承受軸向力,這種支承方式,可以對絲杠施加適當的預緊力,提高絲杠支承剛度,可以部分補償絲杠的熱變形。
     對于大型機床、重型機床以及高精度鏜銑床常采用此種方案。但是,這種絲杠的調整比較繁瑣,如果兩端的預緊力過大,將會導致絲杠最終的行程比設計行程要長,螺距也要比設計螺距大。如果兩端鎖母的預緊力不夠,會導致相反的結果,并容易引起機床震動,精度降低。所以,這類絲杠在拆裝時一定要按照原廠商說明書調整,或借助儀器(雙頻激光測量儀)調整。

二、滾珠絲杠軸承的排列與命名
    首先我們了解典型的進給軸傳動鏈,最終支撐滾珠絲杠的是近端支承軸承和遠端支承軸承,這兩組軸承通過相互的作用,將軸向力頂住,也就是絲杠軸成巧妙地運用了“角接觸軸承”即可以承受徑向力,又可以承受軸向力的雙向受力特點。
     當軸承內擋圈和外擋圈受到一組相反方向的作用力時,軸承鋼珠承受著一對互為相反的作用力,從靜力學的角度上看,當物體靜止時,這一對作用力大小相等,方向相反。
     作為機床絲杠傳動,來自工作臺的軸向力是作用在軸承的內圈上,如果我們約束絲杠不竄動,只要在軸承外圈上作用一個方向相反、大小相等的力即可,這樣軸向受力是平衡的。又由于內、外圈之間是滾動摩擦,因而保證了絲杠靈活的轉動。
     對于數控機床絲杠傳動,需要根據不同的情況控制軸承的游隙(鋼珠與內外環之間的間隙),對于低速大轉矩的傳動,需要這一游隙是過盈的,即要使鋼珠在滾到內受擠壓變形,從配合角度講,間隙是負值。而對于高速小一點的負載,則需要游隙大一點,預留出高速運行后鋼珠和內圈的熱膨脹系數。
     絲杠的約束是通過近端軸承及遠端軸承的軸向和徑向約束來完成,不同安裝形式下的絲杠受力情況以及滾珠絲杠軸承安裝形式,對于今后日常維護,特別是傳動鏈的精度調整有所幫助。
滾珠絲杠副在大型數控機床的裝配 
    隨著數控機床、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展的必然趨勢,如HIWIN的高速靜音滾珠絲杠、螺母旋轉式滾珠絲杠、轉造級滾珠絲杠等等。為了達到機床坐標位置精度的要求,減少絲杠撓度,防止徑向和偏置載荷,減少絲杠軸系各環節的升溫與熱變形,最大限度的減輕伺服電機的傳動扭矩,提高機床連續工作的可靠性,我們必須充分以提高滾珠絲杠副在機床上的安裝精度。 
    滾珠絲杠副的安裝方式最常用的通常有:雙推—自由方式、雙推—支撐方式、雙推—雙推方式。 
    大型臥式加工中心是具有高性能、高剛性、高精度的機電一體化的高效加工設備,是加工各類高精度傳動箱體零件及其他大型磨具的理想設備。它的三個坐標方向均采用伺服電機帶動滾動絲杠傳動,三個坐標方向—X向、Y向、Z向工作行程較大。由于滾珠絲杠副的結構特點,使主機上三個方向滾珠絲杠副的安裝成為特別關鍵的問題。 
    按照傳統工藝方法,安裝滾珠絲杠副一直沿用心棒、定位套將兩端支承軸承座及中間絲母座連接在一起校正,用百分表將心棒軸線與機床導軌找正平行,并且心棒傳動自如輕快的方法。這種安裝方法在三個坐標方向行程較小的小型數控機床、加工中心上應用較方便。由于心棒與定位套、定位套與兩端支承的軸承孔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、絲母座孔的同軸度誤差較大,造成絲杠撓度增大,徑向偏置載荷增加,引起絲杠軸系各環節的溫度升高,熱變形增大,傳動扭矩增大等一系列嚴重后果,導致伺服電機超載、過熱,伺服系統報警,影響機床的正常運行。另外,兩端軸承孔與中間絲母做空的實際差值無法準確測量,從而影響進一步的精確調整。對于三個坐標方向行程較大的數控機床、加工中心,由于所需心棒多在1500mm以上,這樣長度的心棒加工困難,精度不容易保證,因此無法采用心棒與定位套配合的找正方法進行滾珠絲杠副的安裝。 
    再生產某型臥式加工中心時,由于機床三個坐標行程較大,在采用傳統工藝方法的過程中,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,經常出現伺服電機超載、過熱,伺服系統報警等現象,使機床無法連續運行。同時,嚴重影響滾珠絲杠副的使用壽命和傳動精度,縮短了主機的維修周期。 
    我們曾采用其他裝配方法,如:移動滑鞍從而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,由于是兩段分別找正,加以檢棒、檢套的配合間隙,實際應用效果也不好,同樣存在上述問題。在安裝滾珠絲杠的過程中,必須嚴格控制滾珠絲杠的軸向竄動量,此項技術指標將直接影響滾珠絲杠進給系統的傳動位置精度。另外,HIWIN在安裝滾珠絲杠的過程中,嚴格控制滾珠絲杠的軸向竄動量,此項技術指標將直接影響滾珠絲杠進給系統的傳動位置精度。 
    滾珠絲杠軸的預拉伸也是非常必要的。HIWIN為了提高滾珠絲杠進給系統的剛度和精度,給絲杠軸實施預拉伸時有效的,但由于絲杠軸的各斷面不同,而溫升值又不易精確設定,所以按有關文獻計算出的預拉力只能作為一個參考量。在生產實踐中常常是把具有負值方向的目標值的絲杠軸進行預拉伸,使機床工作臺的定位精度曲線的走向接近水平即可。

 


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