滾珠絲杠副軸向間隙量的調整

付云升 孫寶慶

（大連三洋壓縮機整備中心 遼寧大連）

在檢修日產松浦機械600VF設備時發現該設備加工精度不良，尤其在加工渦旋齒的Y軸方向。對設備進行相應檢測，發現Y軸反向間隙過大，實際檢測值0.07 mm。該設備為4軸聯動精加工用設備，加工工件精度要求±0.015 mm。在輸入系統電器參數補正反向間隙量后，加工精度仍出現不穩定情況。經綜合分析，主要原因為Y軸絲杠軸向竄動量過大影響，決定對設備Y軸做全面檢修。一般來說，絲杠部分的軸向竄動量由5部分組成。

（1）絲杠的絲桿、滾珠、螺母之間的間隙量；（2）絲杠支持軸承的外環、滾動體、軸承內環之間的間隙量；（3）絲杠兩端軸承座在受力后產生的軸向位移量；（4）絲杠與伺服電機聯軸器的間隙量；（5）伺服電機的旋轉定位精度。

從機械方面入手，可調整的有3部分，滾珠絲杠與螺母的間隙量，絲杠兩端軸承的間隙量，絲杠與伺服電機聯軸器的間隙量。考慮到設備使用年限已久，8年未進行全面檢修，決定將兩端支撐軸承30TAC62BSUC10PN7B以及膜片式A3-20-YN-35S40/28S32聯軸器更換，對Y軸絲杠副進行預壓量調整，以減小反向間隙量；為確保絲杠副的預壓量準確，首先對絲杠和螺母的間隙做出精準檢測。該設備Y軸機械傳動部分示意圖見圖1。

在圖1的位置1、2、3處分別安裝千分表，反復換向轉動絲杠，觀察各表指針變化情況。實測時，1號表指針始終為零，說明設備本體及軸套部分剛性良好，3號表讀數0.01 mm，（該項精度檢測時，檢測鋼球質量不能太大，過重的鋼球受重力影響導致檢測數據不準確，實測時使用的是80BNC軸承拆卸下的直徑9.5 mm氧化鋯陶瓷球）。2號表正反向換向空程讀數為0.06 mm。初步判定絲杠支持軸承磨損，導致軸向竄動0.01 mm左右，絲杠絲母座與絲杠、滾珠與螺旋線磨損，導致0.06 mm左右間隙。更換兩側支撐軸承后（軸承外圈安裝采用預壓0.03 mm），發現3號表的指針基本不動，說明因支撐軸承造成的軸向間隙已經調整合適。2號表讀數在0.055 mm，該項檢測數據反映滾珠絲杠副的絲杠、滾珠、絲母的總間隙，由于長期使用已經磨損變大，可用調整滾珠絲杠副預壓量的方法減小間隙。加預壓的目的在于消除軸向間隙且降低因軸向力造成的彈性位移，亦可改善滾珠螺桿剛性（避免失步）。因滾珠螺桿承受軸向負荷，針對有預壓牙型的設計通常為歌德式，此牙型具有獨特的鋼珠與珠槽接觸方式，能消除任何可能的軸向間隙并能增加剛性。

圖1 Y軸機械傳動部分示意圖

圖2 歌德式牙型與預壓力關系

歌德式牙型珠槽（圖2）能產生約45°的鋼珠接觸角。由外部驅動力及內部預壓力產生軸向力Fa能產生兩種間隙，一種是鋼珠與珠槽間制造余隙所產生的正向間隙Sa，另一種是由垂直于接觸點的正向力Fn所產生的彈性變形Δl，由制造余隙所產生間隙能由內部預壓力P消除，此種預壓力可由雙螺母、偏移節距的單螺母或以鋼珠大小調整預壓的單螺母產生。根據設備雙螺母絲杠副的結構特點，采用拉伸預壓法，即由過厚的絲母調整環，有效地擠壓分開絲母，使絲母中段導程有δ值的偏移，來減小滾珠絲杠副的軸向間隙量。最簡單的方法就是在其中增加墊片，即增加調整環厚度。實際施工時，將0.05 mm厚的墊片剪成環狀安裝在調整環與絲母之間。安裝完畢后重新檢測，2號千分表有明顯變化，由調整前的0.055 mm變為0.004 mm，剩余的0.004 mm間隙通過設備參數進行電氣校正。反復調整設備Y軸反向間隙參數，實際檢測數據時，在Y軸反向間隙控制參數（#1552）輸入6時（代表反向間隙補正0.006 mm），設備換向最靈敏且未出現超調現象。開機進行實際加工檢驗，設備加工精度明顯改善，根據50臺加工數據值抽樣檢測，制成能力指數CPK值為1.76，完全可以保證生產精度要求。至此，Y軸絲杠副間隙量調整完畢。