數控機床滾珠絲杠的安裝與調整研究

肖興隆

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司，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體的螺旋傳動元件，它是一種精密、高效率、高剛度、高壽命、節能省電的先進傳動元件，將電動機的旋轉運動轉化為工作臺的直線運動。因此廣泛應用在機械制造，特別是數控機床及加工中心上，為主機的高效高速化提供了良好的條件。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，在主機上的安裝精度也逐漸成為裝配中的突出問題，為了達到機床坐標位置精度的要求，減少絲杠繞度，防止徑向和偏置載荷，減少絲杠軸系各環節的升溫與熱變形，最大限度地減輕伺服電機的傳動扭矩，提高機床連續工作的可靠性，我們必須充分注意提高滾珠絲杠副在機床上的安裝精度。

1 滾珠絲杠的安裝

常見的數控機床滾珠絲杠有如下的特點:

（1）與滑動桿副相比，驅動力矩為1/3滾珠絲杠的絲杠軸于絲母之間有很多滾絲在做運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力達到1/3一下，即可達到同樣的運動效果所需的動力為使用滾動絲杠副的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械設備連貫生產出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環境方面，對溫度濕度進行了嚴格的控制，由于完善的精致管理體質使精度得以保證。

（3）微進給可能，滾珠絲杠由于是利用滾珠運功，所以啟動力極小，不會出現華東運動那樣的爬行現象，能保證實現精度的微進給。

（4）無側隙、剛性好滾珠絲杠可以加予壓力可使用軸向間隙達到負值，進而得到較高的剛性（滾珠絲杠內通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的坼力可使用絲母的剛性增強）。

（5）高速進給軸承可能滾珠絲杠是由于運動效率高、發熱小、所以實現高速進給（運動）。精度公差:C10，C7，C5，C3，C2，C1——數字越小，精度越高。

按照傳統的工藝方法，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床導軌找正平行并令芯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和加工中心上應用較方便。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、引起絲杠軸系各環節的溫度升高、熱變形變大和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座孔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行滾珠絲杠副的安裝。在生產某型臥式加工中心時，由于機床的三個坐標行程較大，采用傳統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。利用其他裝配方法，如采用移動滑鞍，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，實際應用效果也不理想，同樣存在上述問題。

2 滾珠絲杠的調整

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。根據現場實際驗證:首先，要將安裝伺服電機端的軸承座內的軸承裝配好，它是在滾動絲杠傳動過程中起主要作用的，控制滾珠絲杠的軸向竄動量在0.015～0.02之間；然后，再將另一端軸承座內的軸承裝配好，使軸向竄動量控制在0.01以內。這樣，就能有效保證滾珠絲杠進給系統的剛度和精度。滾珠絲杠軸的預拉伸也是非常必要的。為了提高滾珠絲杠進給系統的剛度和精度，給絲杠軸實施了預拉伸是有效地的，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。

在生產實踐中，通過采用上述新工藝方法裝配的某大型加工中心三個坐標方向的滾珠絲杠的空載扭矩明顯降低，伺服電機及伺服系統工作正常，未出現過三個坐標方向的伺服報警，機床可連續運行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床行程大小的限制，在行程大小任意機床能有效地使用。機床行程越大，越能發揮出無可比擬的優越性，效果也越好，為大型數控機床、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 結語

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,在主機上的安裝精度也逐漸成為裝配中的突出問題。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,最大限度地減輕伺服電動機的傳動扭矩,提高機床連續工作的可靠性,我們必須充分注意提高滾珠絲杠副在機床上的安裝精度。