维修CK6136H数控车床滚珠丝杠

徐进扬

作者通联：连云港工贸高等职业技术学校教师 江苏连云港市科教园区 222000

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一、简介

一台CK6136H数控车床，由于误操作使机床Z轴滚珠丝杠螺母从丝杠中旋出。用手轮尝试回退，系统立即显示驱动报警。关闭电源后，用扳手尝试回旋丝杠多次，回转阻力很大，不能回退。

机床Z轴正向超程报警后，操作者按下超程释放键，错误地使床鞍向Z轴正向移动，因此Z轴滚珠丝杠螺母从丝杠中旋出（正确操作：Z轴正向超程时，应该向Z轴负向移动，才能回位）。此时，滚珠散落在螺母与丝杠之间的滚道和螺母孔里，位置错乱，无法实现正常滚动与回旋。

该数控车床仅使用了两年，多数为轻载运行，丝杠无明显磨损痕迹，判断仍可以继续使用。联系丝杠生产厂家得知，该型丝杠已不再生产，只能整套定做，因此决定尝试自行维修。

二、拆开螺母检查分析

将丝杠从机床上卸下，滚珠丝杠螺母副型号为GQ40*6，属于内循环双螺母消隙结构。此时双螺母外侧螺母的三个滚道的回珠器全被顶松离位，所以钢珠不能正常回流。将坏螺母的回珠器卸下（另一螺母未损坏不拆），从回珠器安装孔内将钢珠取出，然后转动螺母将坏螺母内钢珠全部取出，最后松开连结零件，拆下螺母。

拆开后发现，丝杠和螺母端部的部分滚道以及回珠器滚道均挤压变形，个别钢珠破碎。分析应该是螺母从丝杠螺纹中旋出后，钢珠失去约束，不能在滚道中正常排列。回退时，外力对丝杠和螺母，包括回珠器的强力挤压，导致零件滚道挤压变形、回珠器移位及钢珠破碎。

三、零件修整

各零件清洗后详细检查受伤情况。用锉刀，油石清理变形部位，特别是因挤压而高出原位的凸起部分。

丝杠末端螺纹滚道有两圈严重变形，用车床车平成光滑外圆至尺寸34-0.02-0.06，使其直径略小于丝杠小径，并除去毛刺，锐边倒钝。

螺母的内螺纹修理较麻烦，共有三个滚道，由于最外面（靠近丝杠末端）一个滚道变形严重，很难修理完好，所以放弃。另外两滚道受伤较轻，用锉刀、油石轻微修饰，磨平变形凸起部位，并与相邻部位平滑过渡，确保不破坏正常的滚道表面。回珠器也做如上处理。

最终检验三者的滚道，以钢珠能在槽内流畅滚动为宜。

四、研磨

手工修整后的螺母，需要经过丝杠的检验才能确定是否合格，是否需要进一步修整。在丝杠的未损伤（例如滚珠丝杠靠近主轴箱的另一端）滚道中均匀地用油脂并沾满钢珠，将修整后的螺母清洗后，拧入丝杠，能够顺利旋进，证明配合合格，若感觉转动较紧或无法拧入，就需要检查是否存在凸起阻挡钢珠滚动，有则继续修整，无则进入下道工序进行研磨。

研磨方法。丝杠未损伤处，四周均匀地用AB胶每圈粘10-12个钢珠（粘满一圈大致35个），共粘8圈作为研具。钢珠上涂研磨剂（白刚玉W17-W7），固定丝杠，旋转螺母进行研磨。数个往返行程后，拆开、清洗并试装，至顺利拧入时停止研磨。最后将粘附在丝杠上的钢珠取出，将滚道内外的粘结剂清理干净。为了控制螺母与丝杠的间隙，应该严格控制研磨量，清洗后轻快旋转即可。

五、安装回珠器

回珠器和螺母经清洗检查无误后，按照工作要求安装在一起。根据回珠器的工作原理，钢珠滚动近一周，经回珠器槽容纳和调整方向，再回到上一周滚道。用目测方法控制倾斜角度，使回珠槽进出口与螺母滚道进出口在底部和两侧相切，并有坡口过度。控制安装深度，保证在回珠槽底的滚珠，不得高出内螺纹牙顶（图1），以此保证滚珠工作时自由出入。安装好以后，在回珠器背面与螺母孔处，用丙酮清洗，晾干后涂抹AB胶，胶凝固后便可进行后续工作。

图1

六、旋和

螺母与回珠器滚道涂抹油脂，滚道内全部更换成新的钢珠，旋入丝杠即可。开始试装时，丝杠和螺母旋和认头相当困难，稍微拧入一定角度就转不动了。旋出后发现滚珠已经乱了，好一些的情况是第一滚道顺利拧入，第二滚道就拧不进去，每次失败存在共同之处，即钢珠总在回珠槽处位置错乱，不能流畅滚动，而其他位置的钢珠正常。

1.分析

用油脂粘在螺母滚道中的钢珠，旋入丝杠前，钢珠不受丝杠滚道的约束但不脱落（图2）。对回珠器外的钢珠B进行受力分析（图3）。钢珠B受到钢珠A、C的作用力F1、F2，受油脂沾力F3和重力G，合力的方向决定钢珠的运动方向，上文钢珠混乱，就是因为钢珠B受合力后脱离滚道，旋入工作失败。钢珠B若顺利进入回珠器滚道，则工作正常。（1）方法1。尝试将图 3中的 A、B位置空出，即将回珠槽入口前螺母滚道上保留相当于两至三个钢珠的空位。拧入过程中，在后面的钢珠到达回珠器入口前，该滚道的钢珠已经拧到丝杠上了，B位钢珠的上方有丝杠滚道的挤压，就会顺利进入回珠槽滚道，保证正常工作。经多次试验都能成功。

图3

（2）方法2。根据图2所示，如果在丝杠螺纹入口前增加一个轴套，外圈直径略小于丝杠小径，内圈直径稍大于丝杠外光轴直径（如虚线所示）。旋入时，由轴套外圆柱面提供径向力，挤压B位钢珠，钢珠也不会被挤出而乱道。用此方法，旋入前可将每个滚道排满钢珠，提高丝杠螺母的承载能力。轴套可由在丝杠上缠纸卷代替，缠纸方向与螺纹旋入方向相同，使所缠绕纸卷直径稍大于轴套外径，利用纸的挤压变形弹力顶住B位置钢珠，保证顺利拧入。经过调研得知，丝杠生产厂家就采用这样的操作方法。

2.消除间隙操作

两个螺母旋和到一定距离，装入调整垫，用钩头扳手相对拧转，对齐二者键槽，装上两个定位键，用螺钉固定。

3.检查丝杠间隙步骤

丝杠装入机床后，百分表固定在床身上，测量触头靠在床鞍端面。

正向移动床鞍，压缩百分表触头一段距离（0.5～1mm），手轮波段开关打到X1挡，反向移动0.001mm，若百分表指针所示距离与显示屏一致，即可说明间隙＜0.001mm，达到消除间隙的目的，满足机床要求。若精度要求不高，手轮波段开关打到X10挡，检查间隙＜0.01mm，一般的要求也能满足。

若间隙过大，则通过磨削，改变调整垫片的厚度来调整，垫片厚度的磨削量稍大于反向间隙。接着，重新加工螺母圆周面上的键槽，再用键和螺钉固定，达到消除间隙的目的。最后，装好螺母两端的防尘圈，用紧定螺钉固定，丝杠装配结束。

七、总装后检测

1.试车

将各零部件重新装入数控车床，润滑部位涂满油脂，开始试车。徒手旋转丝杠，没有明显阻力。上电后Z轴尝试手动手轮操作，大托板移动正常。

加载切削。尝试几种参数状态下的切削状况（表1）。驱动器工作正常，试件加工精度正常。由此判断能够满足正常切削的要求。经过两年的运行，机床能够正常工作。

表1

2.针对类似情况可以采取的措施

（1）合理选用数控系统的软限位数据，可避免事故发生。软限位位置一般设定在硬限位以内，参考点以外5～8mm。对于增量编码器零点“漂移”问题，可以用定期修改参数的方法解决。

（2）在超程回退时，操作者应集中注意力，确保方向正确。

（3）一旦螺母旋出后，严禁强力旋回，否则会加重损坏程度，使修复困难。

（4）改进滚珠丝杠螺纹的外直径d1。D1应接近并略小于滚珠螺纹的小径d，例如d1=d-0.02-0.06，装配时方便螺母旋入。即使螺母旋出丝杠，钢珠由丝杠圆柱表面支撑不致散落。完全旋出后，工作台不再前移，同时起到保护机床的作用。还有，螺母旋出后，手工回退也不致损坏丝杠螺母副。