进给传动机构的维护与保养

周瑜飞

1.1滚珠丝杠副的结构于维修

进给传动机构的机电部件主要有：伺服电动机及检测元件、减速机构、滚珠丝杠螺母副、丝杠轴承、运动部件（工作台、主轴箱、立柱等）。这里主要对滚珠丝杠螺母副的维护与保养问题加以说明。

1.2滚珠丝杠结构与维修

1、滚珠丝杠副的种类与结构

滚珠丝杠螺母副：是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床进给系统中一般采用滚珠丝杠副来改善摩擦特性。

工作原理是：当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动，如图

1—返向器2—螺3—丝杠4—滚珠 （a）单圆弧 （b）双圆弧

按滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式两种。

1）内循环式

内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。如图3—4—3。在螺母的侧面孔内，装有接通相邻滚道的反向器，利用反向器引导滚珠越过丝杠的螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。一般在同一螺母上装有2—4个反向器，并沿螺母圆周均匀分布。

优缺点：滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小，但制造精度要求高。

2）外循环式

外循环方式的滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外做循环运动。如图3—4—4，（a）为螺旋槽式外循环（b）为插管式外循环

滚珠丝杠是丝杠和螺母之间以滚动体的螺旋传动元件。他将电动机的旋转运动化为直线运动。

优缺点：结构简单、制造容易、但径向尺寸大，且弯管两端耐磨性和抗冲击性差。

（a）螺旋槽式：1—套筒；2—螺母；3—滚珠；4—挡珠器；5—丝杠

（b）插管式：1—弯管；2—压板；3—丝杠；4—滚珠；5—滚道

2、滚珠丝杠副的结构参数

滚珠丝杠副的主要参数有：公称直径D、导程L和接触角β。

1）公称直径D：是指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。它与承载能力直接有关，常用范围为30—80mm，一般大于丝杠长度的1/35—/30。

2）导程L：导程的大小要根据机床加工精度的要求确定，精度高时，导程小一些；精度低时，导程大些。但导程取小后，滚珠直径将取小，使滚珠丝杠副的承载能力下降；若滚珠直径不变，导程取小后，螺旋升角也小，传动效率将下降。因此，一般地，导程数值的确定原则是：在满足加工精度的条件下尽可能取得大一些。

1.3滚珠丝杠副的结构特点与维修

1）摩擦因素小，传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率可达0.92—0.96，比常规的丝杠螺母副提高3—4倍。因此，功率消耗只相当于常规丝杠的1/4—1/3。

2）可预紧消隙。给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的间隙，反向运动时无死区，定位精度高，刚度好。

3）运动平稳，低速时不易出现爬行现象，传动精度高。

4）运动具有可逆性。可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母均可以作为主动件。

5）磨损小，使用寿命长。

6）所需传动转矩小。

7）制造工艺复杂。滚珠丝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）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于处于重惯性力的作用，常需添加辅助制动装置。

优缺点：结构简单、制造容易、但径向尺寸大，且弯管两端耐磨性和抗冲击性差。

（a）螺旋槽式：1—套筒；2—螺母；3—滚珠；4—挡珠器；5—丝杠

（b）插管式：1—弯管；2—压板；3—丝杠；4—滚珠；5—滚道

2、滚珠丝杠副的结构参数

滚珠丝杠副的主要参数有：公称直径D、导程L和接触角β。

1）公称直径D：是指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。它与承载能力直接有关，常用范围为30—80mm，一般大于丝杠长度的1/35—/30。

2）导程L：导程的大小要根据机床加工精度的要求确定，精度高时，导程小一些；精度低时，导程大些。但导程取小后，滚珠直径将取小，使滚珠丝杠副的承载能力下降；若滚珠直径不变，导程取小后，螺旋升角也小，传动效率将下降。因此，一般地，导程数值的确定原则是：在满足加工精度的条件下尽可能取得大一些。

1.4 滚珠丝杠副的的精度

滚珠丝杠副的精度等级分为1、2、3、4、5、7、10七个等级（按JB/T 3162.2—1991的规定），1级精度最高，依次递减，数控机床主要采用1—4级。

1.5滚珠丝杠副的安装支撑方式与维修

为提高传动刚度，滚珠丝杠合理的支撑结构及正确的安装很重要一般采用高刚度的止推轴承支撑结构，以提高滚珠丝杠的轴向承载能力。

（a）一端装止推轴承（固定-自由式）。其承载能力小，轴向刚度低，仅适用于短丝杠，如用于数控机床的调整环节或升降台式数控机床的垂直坐标中。

（b）一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定-支承式）。当滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定，另一端由深沟球轴承支承。为了减小丝杠热变的影响，止推轴承的安装位置应远离热源（如液压马达）。

（c）两端装止推轴承。。将止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，有助于提高传动刚度。但这种安装方式对热伸长较为敏感。

（d）两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定-固定式）。为了提高刚度，丝杠两端采用双重支承，如止推轴承和深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构形式，可使丝杠的热变形能转化为止推轴承的预紧力。

1.6滚珠丝杠轴向间隙的调整

为了保证滚珠丝杠副的反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。除个别用单螺母消除间隙外，滚珠丝杠螺母副常用双螺母预紧消隙。其原理是：利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋轨道的两个相反侧面上，用这种方法消除间隙时，应注意预紧力不能过大，预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。因此，一般需要经过多次调整，以保证既能消除间隙又能灵活运转。调整时除螺母预紧外，还应特别注意使丝杠安装部分和驱动部分的间隙尽可能小，并且具有足够的刚度。

如图为双螺母垫片调隙式，改变垫片的厚度，使内外两个螺母产生轴向相对位移。

优缺点：这种调隙方式能精确地调整预紧量，结构简单，刚度高，工作可靠，但调整不方便，滚道磨损时不能随时进行调整。

2）如图，为螺纹调隙式，转动调整螺母1，使螺母2产生轴向位移。

优缺点：这种调隙方式结构简单，调整方便，滚道磨损时可随时进行调整，但预紧量不很准确。

1）如图3—4—8，为齿差调隙式，通过调整螺母端头上的外齿相对内齿的啮合角度来消除间隙。

优缺点：这种调隙方式能精确微调预紧量，工作可靠，滚道磨损时调整方便。但结构复杂，用于需获得准确预紧力的精密定位系统。

参考文献：

[1]作者：张春敏，刘立国 主编 著作名[车工工艺学]，出版地点：电子工业出版社出版日期：2007-08

[2]作者名：邓三鹏 文章名[数控机床结构及维修]，出版社：国防工业 出版日期：2008.3.1 第二章，第四章

[3]編著：熊军 文章名[数控机床维修与调整]，出版社：人民邮电出版社 出版日期2007.10

[4]编著：黄卫 文章名[数控机床及故障诊断技术]，出版社：机械工业出版社 出版日期2004

[5]编著：王爱玲 文章名[现代数控机床结构与设计]，出版社：机械工业出版社出版日期2005

[6]编著：张俊生 文章名[金属切削与数控机床]，出版社：机械工业出版社出版日期1994