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一種新型滾珠絲（sī）杠副裝配與調試設備研製

2021-6-22 來源：滄州職業技術學院作（zuò）者：張洪強

摘要: 針對在更換滾珠絲杠副的（de）新滾珠過程中滾珠容易掉落出來和進入（rù）兩個反向器之（zhī）間的技術（shù）難題，研製了一種新型滾珠絲（sī）杠副裝配與調試設備。螺母（mǔ）與絲杠在旋合過（guò）程中要始終保持同軸心狀態，使絲杠與螺母的滾道保持一致。該設備主要由（yóu）兩個 V 形座、兩個調節板、兩個支撐板和滑動導軌組成，利用調節板的垂直移動和沿 T形槽（cáo）的（de）水平（píng）移動來調整（zhěng）兩個 V 形座的位置，使絲杠與螺（luó）母（mǔ）的軸心線重合。該設備操作方便，定位精度高（gāo），解決了滾珠絲杠生（shēng）產廠家和滾珠絲杠維修人員的技術難（nán）題。

關鍵詞 : 滾珠絲杠 ; 裝配與調試 ; 同軸心 ;定（dìng）位（wèi）精度

引言

隨著我國裝備製造業的高速發展，尤其是（shì）高速（sù）、精密設備的發展，對滾珠絲杠副的需求越來（lái）越多。滾珠絲（sī）杠副是高速、精密機械（xiè）設備上最常使用的傳動部件之一（yī），其主要作用是將回轉運動轉變為（wéi）直線（xiàn）運動，或將轉矩變為往複作用（yòng）的軸向力（lì），自身具有高（gāo）精度、無自鎖和高效率的（de）特點。滾（gǔn）珠絲杠（gàng）副由滾珠絲（sī）杠（gàng）、螺母（mǔ）、滾珠（滾動（dòng）體）和反向器組成，在使用過程中，滾珠（滾（gǔn）動體）會因磨損而造成直徑變小（xiǎo）或形狀不規（guī）則，導致軸向（xiàng）間隙變（biàn）大，影響設備在運動過程中的定位精度和軸向剛度。滾珠（滾動（dòng）體）磨損到一定程度後需要（yào）更換新的滾珠（滾動體），以恢複滾珠絲杠副的傳動精（jīng）度。無論（lùn）是在滾珠絲杠生產廠（chǎng）家的組過程中，還是在日後出現故障後的維修過程中，將（jiāng）滾珠（滾動體）裝配到絲杠（gàng）與螺母溝槽內並（bìng）進行（háng）調試都是非常困難的。

1.滾珠絲杠副的類型與（yǔ）軸向間隙

滾（gǔn）珠絲（sī）杠副按照（zhào）循環方式（shì）分為外循環式和內循環式，滾（gǔn）珠在循環過程中形成閉路，每個循環閉路具有不同的圈數（shù），外循環式的每個循環（huán）閉路包含 1.5 圈、2.5 圈、3.5 圈（quān）等幾種（zhǒng）類型（xíng），內循環式的每個（gè）循環閉路就是 1 圈，每個螺母上有 2圈、3 圈、4 圈等幾種（zhǒng）類型。外循（xún）環式滾珠（zhū）絲杠副的滾（gǔn）珠（滾動體）在整個循環過程結束後（hòu）通過螺母外表麵的（de）反向器返回到絲杠與螺母（mǔ）之間的溝槽內重新進行循環（huán）。內循環式滾珠絲杠副的滾珠（滾動體）在每個循環圈內循環結束後通過鑲（xiāng）嵌在（zài）螺（luó）母內的反向器返回到絲（sī）杠與螺母之間的溝槽內重新進行循環。由（yóu）於內循環式滾珠絲杠副的每個循環閉路就（jiù）是一個獨立的循環圈，所以運動更（gèng）加平穩，在實際應用中比較廣泛（fàn）。

以數（shù）控機床的 X 向坐標軸為例，滾珠絲杠副由兩端的軸承（座（zuò））支（zhī）撐，通過聯軸器與坐標軸電動機聯接，通過絲杠螺母屜與工作台連（lián）接，將坐標軸電動機的旋（xuán）轉運動轉化為工作台的直線運動，如圖 1 所示（shì）。

滾珠絲杠副（fù）在（zài）轉動（dòng）過程中必然會產生軸向間隙，軸向間隙源於兩項因（yīn）素的總和 ; 一是負載時滾珠與（yǔ）滾道型麵接觸的彈性變形所（suǒ）引起的螺母相對絲杠的位移量 ; 二是滾珠（滾動體）受到磨損、衝擊而造成直徑（jìng）變小或形狀不規則，導致絲杠與螺母之間產生幾何間隙（xì）。軸向間隙是傳動過程中的反向運動死區，它使絲杠在反向轉動（dòng）時螺母產生（shēng）運（yùn）動滯後，從（cóng）而造成工作台運動（dòng）滯（zhì）後，直（zhí）接影（yǐng）響進（jìn）給運（yùn）動的定位精度。

2.滾珠絲杠副常用的裝配（pèi）與調試方法

滾珠絲杠副的裝配（pèi）與調試內容主要是將絲杠、螺母（mǔ）、滾珠（滾動體）、反（fǎn）向器、端蓋（gài）等裝配在一（yī）起，並調整滾珠絲杠副（fù）的軸向間隙，使其（qí）滿足正、反向定（dìng）位精度。調整軸向間隙遵循的基（jī）本原理是使絲杠上的兩（liǎng）個螺母間（jiān）產生軸向相對位移，以達到消除間隙和產生預緊力的目的，采用的方法主要有螺紋調整間隙法、墊片調整間隙（xì）法（fǎ）、齒差調整間隙法。當滾珠（滾（gǔn）動體）磨（mó）損到一定（dìng）程度，單獨依靠調整軸（zhóu）向間隙不能滿足定位精度（dù）時，需要更換新的滾珠（滾動體）重新（xīn）進行裝（zhuāng）配與調試。目前，滾珠絲（sī）杠副常用（yòng）的裝配與調試方法是 ;1）分解滾珠絲杠副的所有部（bù）件 ;2）將（jiāng）絲杠與螺母的滾道清洗幹淨 ;3）在（zài）螺母內側的（de）滾道上均勻塗抹稍高黏（nián）度的潤滑脂 ;4）將準備（bèi）好的滾珠 “粘” 在螺母的滾道內，隻（zhī）在反向器（qì）連通的循環圈內 “粘” 滾（gǔn）珠，直到將所（suǒ）有循環圈 “粘” 滿（幾個反向器就有幾個（gè）循環圈）;5）借助 “假軸”把 “粘” 滿滾珠的螺（luó）母沿著絲杠滾道方向慢慢旋合，直（zhí）到螺母與絲杠完全旋（xuán）合（hé） ;6）將螺母沿著（zhe）絲杠的（de）全程滾道旋轉2~3遍，確保沒有轉動阻力;7）在螺母兩端裝上保護（hù）端蓋。

根（gēn）據多年的維修經驗（yàn），上述方法最大的問題在第 5）步，螺母與（yǔ）絲杠在旋合過程（chéng）中，滾珠非常容易（yì）掉落和進入兩個反（fǎn）向器之間。滾珠掉落出來，不能保障每（měi）一個循環圈的滾珠數量，產生軸向間隙，形成反向運動死區 ; 滾（gǔn）珠進入兩個反向器之間，在循環圈外造成循環卡死（sǐ）現象，增大滾珠絲杠副轉動過（guò）程（chéng）中的阻力，加速反向器、滾珠、滾道的磨損。因此，需要多次重複裝配與調試，種方法效（xiào）率非常低，精度難（nán）以保障。.新型設備的裝配與（yǔ）調試原理將“粘”滿滾珠（zhū）的螺母與絲（sī）杠進行旋（xuán）合過程中，造成滾（gǔn）珠掉落和進（jìn）入兩個反向器之（zhī）間的根本原因是（shì）在旋（xuán）合過程中絲杠與螺母的（de）滾道產生錯（cuò）位對滾珠產生擠壓，所（suǒ）以該新型滾珠絲杠副裝配與調試設備的原理（lǐ）是 ; 絲（sī）杠與螺母在旋合過（guò）程中始終保（bǎo）持同軸心狀態，使絲杠與螺（luó）母（mǔ）的滾道保（bǎo）持一致。

主要采用（yòng）2個V形座來分（fèn）別支撐絲杠與（yǔ）螺母，2 個 V 形（xíng）座底部加（jiā）工有 T 形槽，如圖 2 所示，通過 T 形（xíng）槽將每（měi）個 V 形座與調節板聯接在一起，每個調節板下側加工有（yǒu） 2 個 U 形螺栓孔，如圖 3所示，通過螺栓將調節板分別與固定支撐板和滑動支撐板聯接在一起。T 形型槽起（qǐ）到水平方向調

整的作用，U 形螺栓孔起（qǐ）到垂直方向調整的作用（yòng），利用沿 U 形螺栓（shuān）孔的垂（chuí）直移動（dòng）和沿 T 形槽的水平移動來調整 2 個 V 形座（zuò）的位置，先調整 2 個 V形座使其在水平（píng）方向重（chóng）合，再調整 2 個 V 形座，使其在垂直方向高（gāo）度相差 ΔR（ΔR 是螺母與絲杠的半徑差），將絲杠與（yǔ）螺母分別放在 2 個 V 形座上後，保障絲杠與螺母的軸心線（xiàn）重合。

4.新型滾珠絲杠副裝配與調試設備結構

按照螺母與絲杠在旋合過程中保持同軸心的原理，經（jīng）過多次實驗與改進，滾珠（zhū）絲杠副裝配與調試（shì）設備（bèi）結構已經成（chéng）型，該新型設備主要由底（dǐ）座、滑動導軌、導向柱、固定支撐（chēng）板、滑動支撐板、第一 V 形座、第二 V 形座、第一調節板、第二調節板等組成，如圖 4 所示。在裝配與調試過程（chéng）中，

根（gēn）據滾珠絲杠的技術參（cān）數事先調整好該設備。首先，測量並（bìng）計算出螺母與絲杠的半徑差 ΔR。其次，將滑動支（zhī）撐板與固定支撐板貼近，沿 T 形槽移動2 個 V 型座，使 2 個 V 形槽側麵橫（héng）向（xiàng）重合 ; 沿 U形螺栓孔移動 2 個調節板，使 2 個 V 形槽垂直（zhí）高度差為半徑（jìng）差 ΔR。最後，沿滑動導軌將（jiāng）滑動支撐板移開，準備安裝與調試。從常用方（fāng）法的第 5）步開始，第一 V 形座上放（fàng）置 “粘” 滿（mǎn）滾珠的螺母，第二 V 形座上放置絲杠，沿（yán）導向柱推動滑動支撐板，使絲杠與螺母接近，借助 “假軸” 將絲杠沿

著螺母滾道（dào）方（fāng）向慢慢旋（xuán）合（hé），直到螺母與（yǔ）絲杠完全旋合。

該新型設備適用（yòng）於所有常見型號的滾珠絲（sī）杠副的裝配與（yǔ）調試，依據兩個回轉體零件在配合過程中保持同軸心原理，經過多次（cì）實驗驗證，在裝配與調試滾珠絲杠（gàng）副時，滾珠不會（huì）向外掉落或進入兩個反向器（qì）之間，能夠保障每一循環圈內的滾珠數量和滾珠在正確的（de）滾道位置。對不同標準的滾珠絲杠副采用（yòng）該設備進行裝配，並（bìng）對預緊力進行（háng）調試，經過檢驗，重複定位精（jīng）度最（zuì）高可以（yǐ）達到±0.012 mm，完全滿足實際使用中傳動精度要求。

5.結語

該新型（xíng）設備利用同軸心（xīn）原理，采用滑動導軌帶動絲杠或螺母沿（yán）軸心線水平移動，運動平穩，承載剛性強（qiáng）。通（tōng）過 T 形槽和 U 形螺栓孔來調整2 個（gè） V 形座的位置，使絲杠（gàng）與螺（luó）母在裝配過程中（zhōng）保持同軸心。裝配成功率達到 98%，裝配效率提高（gāo）了（le）近 30 倍，裝（zhuāng）配後的定位精（jīng）度滿足國家（jiā）標（biāo）準。設備布局合理，結構緊湊，操作方便，為滾珠（zhū）絲杠生產廠家和滾珠絲杠維修人員解決了技術難題。

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