數(shù)控機床中滾珠絲杠的選用與校核安裝
數(shù)控機床中滾珠絲杠的選用與校核安裝
隨著數(shù)控機床高速高精度的發(fā)展的需要，滾珠絲杠作為數(shù)控機床的主要進給功能部件之一，為確保機床傳動精度，其選型及安裝顯得尤為重要。數(shù)控機床滾珠絲杠副在選型及安裝上一些基本方法。滾珠絲杠副參數(shù)的選擇及預拉伸安裝方法，確保滾珠絲杠副在合理的溫升范圍內滿足工作要求。
隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)技術高速發(fā)展，各種高性能合金材料的大量應用，對數(shù)控機床加工的高速化、高精度化要求越來越高。滾珠絲杠副作為數(shù)控機床的主要進給功能部件，其選用及安裝將直接影響到數(shù)控機床的性能指標。只有正確選用和合理安裝滾珠絲杠副，才能確保機床在合理的溫升范圍內保持較高進給精度。
滾珠絲杠副是由滾珠、絲杠、螺母等組成的機械元件，是將回轉運動直接轉化為直線運動或將直線運動轉化為回轉運動的理想產(chǎn)品，是對傳統(tǒng)絲杠的進一步發(fā)展。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性，廣泛應用于工業(yè)設備、精密儀器、精密數(shù)控機床等機械設備中。滾珠絲杠副作為機床直線驅動執(zhí)行元件，極大的推動了機床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。究其原因主要是滾珠絲杠具有以下幾個方面的優(yōu)良特性：傳動效率高，一般可達92%～98%，是滑動絲杠傳動的2～4倍；運動平穩(wěn)、摩擦力小、靈敏性高、低速無爬行；可以預緊、消除絲杠副間隙提高軸向接觸剛度；定位精度和重復定位精度高；使用壽命為普通絲杠的4～10倍；同步性好，用幾個相同的滾珠絲杠副同時傳動幾個相同的部件或裝置時，可獲得較好的同步性。
滾珠絲杠副主要是用來實現(xiàn)數(shù)控機床移動部件的進給和準確精確定位，滾珠絲杠副的精度將直接影響數(shù)控機床各坐標軸的定位精度。滾珠絲杠副的選用總體應依據(jù)機床的載荷和定位精度而定。在設計和選用滾珠絲杠副時，需要確定的參數(shù)有：絲杠導程、公稱直徑D、螺母型式、螺紋長度、絲杠副的精度等級等主要參數(shù)。
滾珠絲杠螺母有各種結構形式。按滾珠循環(huán)方式分外循環(huán)和內循環(huán)兩大類，外循環(huán)回珠器用插管式較多，內循環(huán)回珠器用腰槽式較多，內循環(huán)滾珠絲杠副的螺母安裝直徑緊湊，因此得到廣泛應用。按預加負載形式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、雙螺母齒差預緊、雙螺母螺紋預緊。由于數(shù)控機床對滾珠絲杠副的剛度有較高要求，故選擇螺母時要注重其剛度的保證。推薦按高剛度要求選擇內循環(huán)雙螺母墊片式預緊的螺母型式,其預緊力一般為軸向載荷F的1/3。
滾珠絲杠是驅動移動部件實行直線運動，達到設備所要求的行程并確保在行程范圍內保持很好的精度，通常這個行程是由控制系統(tǒng)軟件來給定的，為確保設備使用的安全，通常在軟件控制行程范圍以外要有機械限位，即有一個機械最大程，另外受滾珠絲杠軸加工工藝的影響，加工螺紋端部因出刀的原因會導致端部有部分螺紋精度達不到加工精要求，所以實際螺紋長度基礎是增加2～4導程。
滾珠絲杠公稱直徑D是指滾珠中心圓的直徑，根據(jù)承受的載荷來選取。一般應根據(jù)絲杠的承載能力和剛度要求，首先估算滾珠絲杠軸的最小底徑d(按兩端固定支承方式)：值得注意的是絲杠精度中的導程誤差對機床定位精度影響最明顯，而絲杠在運轉中由于溫升引起的絲杠伸長，將直接影響機床的定位精度。通常需要把導程值預先置為負值，稱為絲杠的方向目標T。用戶在定購滾珠絲杠時,必須提出滾珠絲杠的方向目標值。
為了滿足高精度、高剛度進給系統(tǒng)的要求，除了要采用高精度、高剛度的滾珠絲杠副外，還 必須重視支承結構的設計；注意選用軸向剛度高、摩擦力矩小、運轉精度高的軸承。滾珠絲杠副常見的支承型式有三種：固定—固定安裝，固定—支持安裝，固定—自由安裝。其中兩端固定的支承形式，剛性最高同時可實現(xiàn)預拉伸，是數(shù)控機床滾珠絲杠副支承常用型式。
數(shù)控機床滾珠絲杠副支承軸承一般選用60°接觸角推力角球軸承，該軸承是滾珠絲杠副配套用支承軸承。具有以下特點：既能承受軸向載荷又能承受徑向載荷；根據(jù)載荷形式軸承可以進行各種組合；軸承在按規(guī)定的預緊力供應的使用時不需要進行調整。
數(shù)控機床在進給過程中產(chǎn)生精度誤差的主要原因有導軌本身的精度和進給系統(tǒng)的剛性。這些可以通過產(chǎn)品的設計和加工得到解決。而對于滾珠絲杠副，雖然在設計選用中考慮過溫升產(chǎn)生的位移變化，導程值預先置為負值并經(jīng)過精密加工達到較高的精度，但機床在使用過程中滾珠絲副的溫升與絲杠副的轉速及周圍環(huán)境溫度變化密切相關，即溫升不是一個固定不變的數(shù)值，絲杠因溫升產(chǎn)生不確定性的熱變形而無法滿足高精度的定位要求，從而影響機床的進給精度。所以在絲杠的安裝上必須考慮采用預拉伸安裝方式，通過對滾珠絲杠進行一個固定值（方向目標T）預拉伸量，使導程達到理想值，同時絲杠內部產(chǎn)生了一定的拉應力，這樣在機床使用過程中，絲杠因溫度升高產(chǎn)生的熱應力會與預拉伸產(chǎn)生的拉應力相互抵消，滾珠絲杠不產(chǎn)生熱伸長。從而使得滾珠絲杠副在一定的溫升范圍內有很好的精度保持性。
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