數(shù)控機(jī)床中滾珠絲杠的選用與校核安裝
數(shù)控機(jī)床中滾珠絲杠的選用與校核安裝
隨著數(shù)控機(jī)床高速高精度的發(fā)展的需要，滾珠絲杠作為數(shù)控機(jī)床的主要進(jìn)給功能部件之一，為確保機(jī)床傳動(dòng)精度，其選型及安裝顯得尤為重要。數(shù)控機(jī)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(yù)拉伸安裝方法，確保滾珠絲杠副在合理的溫升范圍內(nèi)滿足工作要求。
隨著汽車、國(guó)防、航空、航天等工業(yè)技術(shù)高速發(fā)展，各種高性能合金材料的大量應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工的高速化、高精度化要求越來(lái)越高。滾珠絲杠副作為數(shù)控機(jī)床的主要進(jìn)給功能部件，其選用及安裝將直接影響到數(shù)控機(jī)床的性能指標(biāo)。只有正確選用和合理安裝滾珠絲杠副，才能確保機(jī)床在合理的溫升范圍內(nèi)保持較高進(jìn)給精度。
滾珠絲杠副是由滾珠、絲杠、螺母等組成的機(jī)械元件，是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想產(chǎn)品，是對(duì)傳統(tǒng)絲杠的進(jìn)一步發(fā)展。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、精密儀器、精密數(shù)控機(jī)床等機(jī)械設(shè)備中。滾珠絲杠副作為機(jī)床直線驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，極大的推動(dòng)了機(jī)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(gè)方面的優(yōu)良特性：傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)92%～98%，是滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)的2～4倍；運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、摩擦力小、靈敏性高、低速無(wú)爬行；可以預(yù)緊、消除絲杠副間隙提高軸向接觸剛度；定位精度和重復(fù)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(gè)相同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝置時(shí)，可獲得較好的同步性。
滾珠絲杠副主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件的進(jìn)給和準(zhǔn)確精確定位，滾珠絲杠副的精度將直接影響數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的定位精度。滾珠絲杠副的選用總體應(yīng)依據(jù)機(jī)床的載荷和定位精度而定。在設(shè)計(jì)和選用滾珠絲杠副時(shí)，需要確定的參數(shù)有：絲杠導(dǎo)程、公稱直徑D、螺母型式、螺紋長(zhǎng)度、絲杠副的精度等級(jí)等主要參數(shù)。
滾珠絲杠螺母有各種結(jié)構(gòu)形式。按滾珠循環(huán)方式分外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)回珠器用插管式較多，內(nèi)循環(huán)回珠器用腰槽式較多，內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的螺母安裝直徑緊湊，因此得到廣泛應(yīng)用。按預(yù)加負(fù)載形式可分為單螺母無(wú)預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母加大鋼球徑向預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母齒差預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊。由于數(shù)控機(jī)床對(duì)滾珠絲杠副的剛度有較高要求，故選擇螺母時(shí)要注重其剛度的保證。推薦按高剛度要求選擇內(nèi)循環(huán)雙螺母墊片式預(yù)緊的螺母型式,其預(yù)緊力一般為軸向載荷F的1/3。
滾珠絲杠是驅(qū)動(dòng)移動(dòng)部件實(shí)行直線運(yùn)動(dòng)，達(dá)到設(shè)備所要求的行程并確保在行程范圍內(nèi)保持很好的精度，通常這個(gè)行程是由控制系統(tǒng)軟件來(lái)給定的，為確保設(shè)備使用的安全，通常在軟件控制行程范圍以外要有機(jī)械限位，即有一個(gè)機(jī)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(huì)導(dǎo)致端部有部分螺紋精度達(dá)不到加工精要求，所以實(shí)際螺紋長(zhǎng)度基礎(chǔ)是增加2～4導(dǎo)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(lái)選取。一般應(yīng)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(dǎo)程誤差對(duì)機(jī)床定位精度影響最明顯，而絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)中由于溫升引起的絲杠伸長(zhǎng)，將直接影響機(jī)床的定位精度。通常需要把導(dǎo)程值預(yù)先置為負(fù)值，稱為絲杠的方向目標(biāo)T。用戶在定購(gòu)滾珠絲杠時(shí),必須提出滾珠絲杠的方向目標(biāo)值。
為了滿足高精度、高剛度進(jìn)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；注意選用軸向剛度高、摩擦力矩小、運(yùn)轉(zhuǎn)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(shí)可實(shí)現(xiàn)預(yù)拉伸，是數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠副支承常用型式。
數(shù)控機(jī)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(diǎn)：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(jìn)行各種組合；軸承在按規(guī)定的預(yù)緊力供應(yīng)的使用時(shí)不需要進(jìn)行調(diào)整。
數(shù)控機(jī)床在進(jìn)給過程中產(chǎn)生精度誤差的主要原因有導(dǎo)軌本身的精度和進(jìn)給系統(tǒng)的剛性。這些可以通過產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和加工得到解決。而對(duì)于滾珠絲杠副，雖然在設(shè)計(jì)選用中考慮過溫升產(chǎn)生的位移變化，導(dǎo)程值預(yù)先置為負(fù)值并經(jīng)過精密加工達(dá)到較高的精度，但機(jī)床在使用過程中滾珠絲副的溫升與絲杠副的轉(zhuǎn)速及周圍環(huán)境溫度變化密切相關(guān)，即溫升不是一個(gè)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(wú)法滿足高精度的定位要求，從而影響機(jī)床的進(jìn)給精度。所以在絲杠的安裝上必須考慮采用預(yù)拉伸安裝方式，通過對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行一個(gè)固定值（方向目標(biāo)T）預(yù)拉伸量，使導(dǎo)程達(dá)到理想值，同時(shí)絲杠內(nèi)部產(chǎn)生了一定的拉應(yīng)力，這樣在機(jī)床使用過程中，絲杠因溫度升高產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)與預(yù)拉伸產(chǎn)生的拉應(yīng)力相互抵消，滾珠絲杠不產(chǎn)生熱伸長(zhǎng)。從而使得滾珠絲杠副在一定的溫升范圍內(nèi)有很好的精度保持性。
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