進給傳動機構(gòu)的維護與保養(yǎng)

周瑜飛

1.1滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)于維修

進給傳動機構(gòu)的機電部件主要有：伺服電動機及檢測元件、減速機構(gòu)、滾珠絲杠螺母副、絲杠軸承、運動部件（工作臺、主軸箱、立柱等）。這里主要對滾珠絲杠螺母副的維護與保養(yǎng)問題加以說明。

1.2滾珠絲杠結(jié)構(gòu)與維修

1、滾珠絲杠副的種類與結(jié)構(gòu)

滾珠絲杠螺母副：是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置，在數(shù)控機床進給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來改善摩擦特性。

工作原理是：當(dāng)絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)時，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則可沿著滾道流動，如圖

1—返向器2—螺3—絲杠4—滾珠 （a）單圓弧 （b）雙圓弧

按滾珠返回的方式不同可以分為內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式兩種。

1）內(nèi)循環(huán)式

內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。如圖3—4—3。在螺母的側(cè)面孔內(nèi)，裝有接通相鄰滾道的反向器，利用反向器引導(dǎo)滾珠越過絲杠的螺紋頂部進入相鄰滾道，形成一個循環(huán)回路。一般在同一螺母上裝有2—4個反向器，并沿螺母圓周均勻分布。

優(yōu)缺點：滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小，但制造精度要求高。

2）外循環(huán)式

外循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)反向時，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運動。如圖3—4—4，（a）為螺旋槽式外循環(huán)（b）為插管式外循環(huán)

滾珠絲杠是絲杠和螺母之間以滾動體的螺旋傳動元件。他將電動機的旋轉(zhuǎn)運動化為直線運動。

優(yōu)缺點：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、但徑向尺寸大，且彎管兩端耐磨性和抗沖擊性差。

（a）螺旋槽式：1—套筒；2—螺母；3—滾珠；4—擋珠器；5—絲杠

（b）插管式：1—彎管；2—壓板；3—絲杠；4—滾珠；5—滾道

2、滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù)

滾珠絲杠副的主要參數(shù)有：公稱直徑D、導(dǎo)程L和接觸角β。

1）公稱直徑D：是指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。它與承載能力直接有關(guān)，常用范圍為30—80mm，一般大于絲杠長度的1/35—/30。

2）導(dǎo)程L：導(dǎo)程的大小要根據(jù)機床加工精度的要求確定，精度高時，導(dǎo)程小一些；精度低時，導(dǎo)程大些。但導(dǎo)程取小后，滾珠直徑將取小，使?jié)L珠絲杠副的承載能力下降；若滾珠直徑不變，導(dǎo)程取小后，螺旋升角也小，傳動效率將下降。因此，一般地，導(dǎo)程數(shù)值的確定原則是：在滿足加工精度的條件下盡可能取得大一些。

1.3滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點與維修

1）摩擦因素小，傳動效率高。滾珠絲杠副的傳動效率可達0.92—0.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高3—4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠的1/4—1/3。

2）可預(yù)緊消隙。給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的間隙，反向運動時無死區(qū)，定位精度高，剛度好。

3）運動平穩(wěn)，低速時不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，傳動精度高。

4）運動具有可逆性?？梢詮男D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母均可以作為主動件。

5）磨損小，使用壽命長。

6）所需傳動轉(zhuǎn)矩小。

7）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度要求也高，故制造成本高。

8）不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于處于重慣性力的作用，常需添加輔助制動裝置。

優(yōu)缺點：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、但徑向尺寸大，且彎管兩端耐磨性和抗沖擊性差。

（a）螺旋槽式：1—套筒；2—螺母；3—滾珠；4—擋珠器；5—絲杠

（b）插管式：1—彎管；2—壓板；3—絲杠；4—滾珠；5—滾道

2、滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù)

滾珠絲杠副的主要參數(shù)有：公稱直徑D、導(dǎo)程L和接觸角β。

1）公稱直徑D：是指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。它與承載能力直接有關(guān)，常用范圍為30—80mm，一般大于絲杠長度的1/35—/30。

2）導(dǎo)程L：導(dǎo)程的大小要根據(jù)機床加工精度的要求確定，精度高時，導(dǎo)程小一些；精度低時，導(dǎo)程大些。但導(dǎo)程取小后，滾珠直徑將取小，使?jié)L珠絲杠副的承載能力下降；若滾珠直徑不變，導(dǎo)程取小后，螺旋升角也小，傳動效率將下降。因此，一般地，導(dǎo)程數(shù)值的確定原則是：在滿足加工精度的條件下盡可能取得大一些。

1.4 滾珠絲杠副的的精度

滾珠絲杠副的精度等級分為1、2、3、4、5、7、10七個等級（按JB/T 3162.2—1991的規(guī)定），1級精度最高，依次遞減，數(shù)控機床主要采用1—4級。

1.5滾珠絲杠副的安裝支撐方式與維修

為提高傳動剛度，滾珠絲杠合理的支撐結(jié)構(gòu)及正確的安裝很重要一般采用高剛度的止推軸承支撐結(jié)構(gòu)，以提高滾珠絲杠的軸向承載能力。

（a）一端裝止推軸承（固定-自由式）。其承載能力小，軸向剛度低，僅適用于短絲杠，如用于數(shù)控機床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控機床的垂直坐標(biāo)中。

（b）一端裝止推軸承，另一端裝深溝球軸承（固定-支承式）。當(dāng)滾珠絲杠較長時，一端裝止推軸承固定，另一端由深溝球軸承支承。為了減小絲杠熱變的影響，止推軸承的安裝位置應(yīng)遠離熱源（如液壓馬達）。

（c）兩端裝止推軸承。。將止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，有助于提高傳動剛度。但這種安裝方式對熱伸長較為敏感。

（d）兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定-固定式）。為了提高剛度，絲杠兩端采用雙重支承，如止推軸承和深溝球軸承，并施加預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)形式，可使絲杠的熱變形能轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力。

1.6滾珠絲杠軸向間隙的調(diào)整

為了保證滾珠絲杠副的反向傳動精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙。除個別用單螺母消除間隙外，滾珠絲杠螺母副常用雙螺母預(yù)緊消隙。其原理是：利用兩個螺母的相對軸向位移，使兩個滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋軌道的兩個相反側(cè)面上，用這種方法消除間隙時，應(yīng)注意預(yù)緊力不能過大，預(yù)緊力過大會使空載力矩增加，從而降低傳動效率，縮短使用壽命。因此，一般需要經(jīng)過多次調(diào)整，以保證既能消除間隙又能靈活運轉(zhuǎn)。調(diào)整時除螺母預(yù)緊外，還應(yīng)特別注意使絲杠安裝部分和驅(qū)動部分的間隙盡可能小，并且具有足夠的剛度。

如圖為雙螺母墊片調(diào)隙式，改變墊片的厚度，使內(nèi)外兩個螺母產(chǎn)生軸向相對位移。

優(yōu)缺點：這種調(diào)隙方式能精確地調(diào)整預(yù)緊量，結(jié)構(gòu)簡單，剛度高，工作可靠，但調(diào)整不方便，滾道磨損時不能隨時進行調(diào)整。

2）如圖，為螺紋調(diào)隙式，轉(zhuǎn)動調(diào)整螺母1，使螺母2產(chǎn)生軸向位移。

優(yōu)缺點：這種調(diào)隙方式結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，滾道磨損時可隨時進行調(diào)整，但預(yù)緊量不很準確。

1）如圖3—4—8，為齒差調(diào)隙式，通過調(diào)整螺母端頭上的外齒相對內(nèi)齒的嚙合角度來消除間隙。

優(yōu)缺點：這種調(diào)隙方式能精確微調(diào)預(yù)緊量，工作可靠，滾道磨損時調(diào)整方便。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于需獲得準確預(yù)緊力的精密定位系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]作者：張春敏，劉立國 主編 著作名[車工工藝學(xué)]，出版地點：電子工業(yè)出版社出版日期：2007-08

[2]作者名：鄧三鵬 文章名[數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及維修]，出版社：國防工業(yè) 出版日期：2008.3.1 第二章，第四章

[3]編著：熊軍 文章名[數(shù)控機床維修與調(diào)整]，出版社：人民郵電出版社 出版日期2007.10

[4]編著：黃衛(wèi) 文章名[數(shù)控機床及故障診斷技術(shù)]，出版社：機械工業(yè)出版社 出版日期2004

[5]編著：王愛玲 文章名[現(xiàn)代數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與設(shè)計]，出版社：機械工業(yè)出版社出版日期2005

[6]編著：張俊生 文章名[金屬切削與數(shù)控機床]，出版社：機械工業(yè)出版社出版日期1994