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加工中心（xīn）滾珠（zhū）絲杠的應用

2021-12-9 來源（yuán）：上汽通用五菱汽車股份有限公司（sī）作（zuò）者：鄧（dèng）鈺耀，鍾世蓮，廖（liào）健竹

摘要: 滾珠絲杠是因滾動（dòng）接觸而起動摩擦（cā）極小、對輸入敏感而可以動（dòng）作（zuò）準確（què），所以可以精細控製微小運動。滑動螺絲是如（rú）軸向遊隙變小（xiǎo）就回轉也變重，但滾珠絲杠的鋼球（qiú）與螺絲溝為點接觸，因而即使預壓狀態也能實現圓滑動作。滾珠絲杠是通過選擇各種厚度的墊片，可以精細調整（zhěng）對兩個螺母的預（yù）壓，選（xuǎn）擇適當的預壓容易得（dé）到高鋼性。另外，選擇單螺母（mǔ）就可以實現無遊隙（xì）的（de）狀態。滾珠（zhū）絲杠是因對整個滾動部分的（de）表麵上進行淬火硬化處理，磨損（sǔn）小，能保持初期的精度，可以長期使用。

關鍵詞: 滾珠（zhū）絲杠（gàng）; 類型選用; 精（jīng）度檢測

1、引言

人們應用螺（luó）杆來做傳動的曆史其實不（bú）算很長，傳統上的螺杆一直有定位不佳、易（yì）損害的情況。直到1898 年，人們才（cái）首次（cì）嚐（cháng）試將鋼珠（zhū）置入（rù）螺（luó）帽及螺（luó）杆之間以滾動摩擦取代滑動摩擦（cā），來（lái）改善其定位（wèi）不佳（jiā）及易損害的情況（kuàng）。1940 年更將（jiāng）滾珠螺杆置於在汽車轉向（xiàng）裝置上，更為滾珠螺（luó）杆的（de）應用上（shàng）的巨大革命，並逐（zhú）漸取代傳統艾克姆螺杆( ACME) 。直到近年來，滾珠螺杆已成為產業界使用最廣的零組件之一。

2、滾珠絲杠的類（lèi）型、結構與技術特點

2.1 滾珠絲杠的類型

根據加工製造方（fāng）法及精度的區別，目前市場上的滾珠絲杠機構（gòu）主要有以下兩種類型: 磨製滾珠絲杠、軋製滾珠絲杠（gàng）。

滾珠（zhū）的循（xún）環方式有循環導管式（shì）、循環器式、端蓋式。預壓方式有定位預壓( 雙螺母方式、位預（yù）壓方式) 、定壓預（yù）壓。可根據用途選擇適當類型（xíng）。

滾珠絲杠機構作為一種高（gāo）精度的傳動部件，大（dà）量應用在數控機床、自動化加工中心電子精密機械（xiè）進給機構、伺服機械手、工業裝配機器人、半導體生產設備、食品加工與包裝、醫療設備等各（gè）種領域（yù）。

2．2 滾（gǔn）珠絲杠的結構

如果將滾珠絲杠機構沿縱向剖開，可以看到它主要由絲杠、螺母、滾珠、滾珠回流管、防塵等組成。

1 －油孔; 2 －曲折式防塵片; 3 －樹脂;4 －滾珠回流管; 5 －螺（luó）母（mǔ）; 6 －滾珠; 7 －絲杠

圖 1 滾珠絲杠機構結構（gòu）組成

在圖 1 中，各（gè）部分結構的作用詳述如下:

( 1) 絲杠屬於轉動部（bù）件，是一種直（zhí）線度非常高、上麵加工有半圓形螺（luó）旋槽的螺紋，半圓形螺（luó）旋槽是滾珠滾動的滾道。絲杠具有很高的硬度，通常在表麵淬火後再進行磨削加工保證具有優良的耐磨性能。絲杠一般（bān）與驅動部件連接在一起，絲杠（gàng）的轉動由電機直接或間接驅動。既可以采用直聯的方法，即將電機輸出軸通過（guò）專用的彈性聯軸器與絲杠相聯傳動比為 1; 也可以通過其他的傳動環節使電（diàn）機輸出軸與絲杠相（xiàng）連，例如同步帶、齒輪。

( 2) 螺母是（shì）用來固定需要（yào）移動的負載的，其作用類似於直線導軌機構的滑塊。一般將所需要移（yí）動的各種負載( 例如工作台、移動滑塊) 與螺母連接在一起，再在工作台或移動滑塊上安裝各種執行機構螺母內部加工有與絲杠類似的半圓形滾道，而且設計有供滾珠（zhū）循環運動的回（huí）流管，螺母是滾珠絲杠機構的重（chóng）要部件，滾珠絲杠機（jī）構的性能與質量很大程度上依（yī）賴於螺母。

( 3) 防塵片的作（zuò）用為防止外（wài）部汙染物進入螺母內部。由於滾珠絲杠機構屬於精密部件如果在使用時汙染物( 例如灰塵、碎屑、金屬渣等（děng）) 進入螺母，可能會使滾珠絲杠運動副嚴（yán）重磨損，降低機構的運（yùn）動精度及使用（yòng）壽命，甚至使絲杠或其他部件發生損壞（huài），因此必須對絲杠螺母進行密封，防止汙染（rǎn）物進入螺母。

( 4) 滾珠在滾珠絲（sī）杠機構中，滾珠（zhū）的作用與其在直線導軌、直線軸承中的作用（yòng）是相同（tóng）的（de），滾珠（zhū）作為承載體的一部分（fèn），直接承受（shòu），同時（shí）又作為（wéi）中間傳動元件，以滾動的（de）方式傳遞運動。由於以滾動方式運動，所以摩擦非常小。

( 5) 油孔滾珠絲杠機構運（yùn）行時需要良好的潤滑，因此應定期加注潤滑油或潤（rùn）滑脂。油孔供加潤滑油。

2． 3 滾珠（zhū）絲杠有如下特點

( 1) 驅動扭矩小

由於（yú）滾珠絲杠機構運行時滾珠（zhū）沿絲杠與（yǔ）螺母共同組成的螺旋滾道作滾動運動，運動阻力極小，驅動扭矩僅為螺紋絲杠（gàng）機構的 1 /3 以下，隻需要很小的驅動功率。

( 2) 運動可逆

滾珠絲杠機構不僅（jǐn）可（kě）以將絲杠的旋轉運動轉（zhuǎn）換為螺母( 及負載滑塊) 的（de）直線運動，也可以很容易地（dì）將螺母的（de）直線運動轉換為絲杠的旋轉運動。

( 3) 高精度

滾珠絲（sī）杠機構（gòu）在加工、組裝、檢測等環（huán）節都經（jīng）過（guò）嚴格的控（kòng）製，屬於高（gāo）精（jīng）度的傳動機構，加（jiā）上運行時發（fā）熱（rè）較少，可以實（shí）現很高的傳動精度，使負載精確定位。

( 4) 能微量（liàng）進給

由於滾珠絲杠機（jī）構中的滾珠為滾動（dòng）運動方式，啟動（dòng）扭矩極小，不會出現如滑動運動中容易出現的（de）低（dī）速蠕動或（huò）爬行現象，所（suǒ）以能實現高精度微量進給，最小進給量可達 0． 1pm。

( 5) 高剛性

如果滾珠絲杠機構存在軸向間隙，當改變軸向負載的方向時，上述軸向間隙就成為負載運動誤差的重要來源。通過對滾（gǔn）珠絲杠機構施加預壓，可以（yǐ）使上述軸向間隙為零或零以下( 負間隙) ，從而獲得高（gāo）剛性，提高機構（gòu）在負載狀態（tài）下的運動精度。

( 6) 能（néng）高速進給

由（yóu）於滾珠絲杠機構可以製造成（chéng）較大的導程，傳動效（xiào）率高，發熱低，因而能實現高速進（jìn）給。在（zài）保證低於滾珠絲杠機構臨（lín）界轉速的前提下，大導程滾珠絲杠副（fù）可以實現 100m /min 甚至更高的進給速度。

( 7) 傳動效率高

通常在螺紋絲杠（gàng）機（jī）構中僅能夠達到 20% ～40% 的機械傳動效率（lǜ），而滾珠絲杠機（jī）構可以獲得很高的機械傳動（dòng）效率，最高可以達到 98% 。

( 8) 使用壽命長

幾乎在沒有磨損的狀態下運行，因（yīn）而可以達到較長的使用壽（shòu）命。

3、滾珠絲杠精度檢測

3．1 滾珠絲杠位置誤差的產（chǎn）生

機床的每一（yī）根軸都是由伺（sì）服係統（tǒng）所驅動的，係（xì）統的組成是由伺服軸卡、伺服驅動器、伺服電機組成。它的主（zhǔ）要作用是由伺服係統接受 NC 所發出的位置指令來驅動電機（jī）進行定位控製。加工中（zhōng）心（xīn） X、Y、Z 軸由滾珠絲杠傳動。通過伺服同步電機實（shí）現驅動。滾珠絲杠螺母（mǔ）副傳動過程存在（zài）反轉間隙，這種反轉間隙會造成工作台反向時，電動機（jī）空轉（zhuǎn）而工（gōng）作台不動，使半閉環係統產生誤差和全閉環係統（tǒng）位置環振蕩不穩定。滾珠絲杠磨損越大（dà）反向間隙遠大，振蕩越不穩定。其（qí）稱為（wéi）位置誤差。

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