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如何精密高效地安裝機(jī)床滾珠絲杠副？
發(fā)布者：暢馨精工 發(fā)布時間：2019-7-15 15:31:51
大型數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠副是：在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動體的螺旋傳動元件，它是一種精密、高效率、高剛度、高壽命且節(jié)能省電的先進(jìn)傳動元件，可將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為工作臺的直線運(yùn)動,因此廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造，特別是數(shù)控機(jī)床及加工中心上，為主機(jī)的高效高速化提供了良好的條件。隨著數(shù)控機(jī)床和加工中心工作精度要求的日益提高，滾珠絲杠副的高精度化成為發(fā)展的必然趨勢，其在主機(jī)上的安裝精度也逐漸成為裝配中的突出問題。為了達(dá)到機(jī)床坐標(biāo)位置精度的要求，減少絲杠繞度，防止徑向和偏置載荷，減少絲杠軸系各環(huán)節(jié)的升溫與熱變形，最大限度的減輕伺服電機(jī)的傳動扭矩并提高機(jī)床連續(xù)工作的可靠性，就必須提高滾珠絲杠副在機(jī)床上的安裝精度。
機(jī)床滾珠絲杠副常用的安裝方式：
滾珠絲杠副常用的安裝方式通常有以下幾種：雙推-自由方式；雙推-支承方式；雙推-雙推方式。
大型臥式加工中心，是具有高性能、高剛性和高精度的機(jī)電一體化的高效加工設(shè)備，是加工各類高精度傳動箱體零件及其他大型模具的理想加工設(shè)備。它的三個坐標(biāo)方向均采用伺服電機(jī)帶動滾動絲杠傳動，三個坐標(biāo)方向，即X、Y、Z的工作行程較大。由于滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使主機(jī)上三個方向的滾珠絲杠副的安裝變得特別關(guān)鍵。
一、用舊方法安裝滾珠絲杠副存在缺陷：
1、按照傳統(tǒng)的工藝方法，安裝滾珠絲杠副一直沿用芯棒和定位套將兩端支承軸承座及中間絲母座連接在一起校正、用百分表將芯棒軸線與機(jī)床導(dǎo)軌找正平行并令芯棒傳動自如輕快的方法。這種安裝方法在三個坐標(biāo)方向行程較小的小型數(shù)控機(jī)床和加工中心上應(yīng)用較方便。由于芯棒與定位套、定位套與兩端支承的軸承孔以及中間的絲母座孔存在著配合間隙，往往使安裝后的支承軸承孔和絲母座孔的同軸度誤差較大，造成絲杠繞度增大、徑向偏置載荷增加、引起絲杠軸系各環(huán)節(jié)的溫度升高、熱變形變大和傳動扭矩增大等一系列嚴(yán)重后果，導(dǎo)致伺服電機(jī)超載、過熱，伺服系統(tǒng)報警，影響機(jī)床的正常運(yùn)行。另外，兩端軸承孔與中間絲母座孔的實(shí)際差值無法準(zhǔn)確測量，從而影響進(jìn)一步的精確調(diào)整。對于三個坐標(biāo)方向行程較大的數(shù)控機(jī)床和加工中心，由于所需芯棒多在1500mm以上，加工困難，不易保證精度，因此無法采用芯棒與定位套配合的找正方法進(jìn)行滾珠絲杠副的安裝。
在生產(chǎn)某型臥式加工中心時，由于機(jī)床的三個坐標(biāo)行程較大，采用傳統(tǒng)工藝方法安裝的過程中，由于兩端軸承孔與中間絲母座孔同軸度超差，造成滾珠絲杠徑向和偏置載荷增加，經(jīng)常出現(xiàn)伺服電機(jī)超載、過熱，伺服系統(tǒng)報警等現(xiàn)象，使機(jī)床無法連續(xù)運(yùn)行，同時嚴(yán)重影響滾珠絲杠副的使用壽命和傳動精度，縮短了主機(jī)的維修周期。
2、利用其他裝配方法，如采用移動滑鞍，縮短絲母座與軸承座的距離，將絲母座與兩端軸承座分別找正的方法，由于需要兩段分別找正，加上檢棒和檢套的配合間隙，實(shí)際應(yīng)用效果也不理想，同樣存在上述問題。
二、新的裝配工藝方法：
通過對該產(chǎn)品的現(xiàn)場技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)過多次反復(fù)的摸索與生產(chǎn)驗證，總結(jié)出一條比較可靠的裝配工藝方法。
1、首先，采用整體式專用芯棒將絲母座孔校正，使其與基準(zhǔn)導(dǎo)軌的正、側(cè)向平行度在0.01/1000以內(nèi)；
2、把絲母座固定后，采用專業(yè)測量夾具實(shí)際測量出絲母座孔距基準(zhǔn)導(dǎo)軌的正、側(cè)向距離；然后，同樣采用整體式專用檢棒將軸承孔與基準(zhǔn)導(dǎo)軌的正、側(cè)向平行度找正在0.01/1000以內(nèi)，采用專用測量夾具實(shí)際測量出軸承孔距基準(zhǔn)導(dǎo)軌的正、側(cè)向距離，要求絲母孔與基準(zhǔn)導(dǎo)軌正、側(cè)向距離一致，允差為0.01；將軸承座固定。這種方法采用整體式專用檢棒，不僅長度短小，而且將芯棒和定位套合二為一，消除了芯棒與定位套之間的配合間隙，可靠保證了軸承孔、絲母座孔與導(dǎo)軌的平行度；
3、通過實(shí)際距離的測量，使兩端軸承支承孔與絲母座孔的同軸度也得到了可靠的保證，這樣就降低了滾珠絲杠副的繞度和徑向偏置載荷，提高了絲杠副的安裝精度。
4、另外，在安裝滾珠絲杠的過程中，必須嚴(yán)格控制滾珠絲杠的軸向竄動量，此項技術(shù)指標(biāo)將直接影響滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的傳動位置精度。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際驗證表明：首先，要將安裝伺服電機(jī)端的軸承座內(nèi)的軸承裝配好，其在滾動絲杠傳動過程中起主要作用，將滾珠絲杠的軸向竄動量控制在0.015~0.02之間；然后，再將另一端軸承座內(nèi)的軸承裝配好，使軸向竄動量控制在0.01以內(nèi)。這樣就能有效保證滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的剛度和精度。
5、滾珠絲杠軸的預(yù)拉伸也是非常必要的。為了提高滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的剛度和精度，給絲杠軸實(shí)施預(yù)拉伸是非常有效的，但由于絲杠軸的各斷面不同，而溫升值又不易精確設(shè)定，所以按有關(guān)文獻(xiàn)計算得出的預(yù)拉力只能作為參考量。在生產(chǎn)中常常是把具有負(fù)值方向的目標(biāo)值的絲杠軸進(jìn)行預(yù)拉伸，使機(jī)床工作臺的定位精度曲線的走向接近水平。
三、結(jié)論：
在生產(chǎn)中，通過采用上述新工藝方法裝配的某大型加工中心的三個坐標(biāo)方向的滾珠絲杠的空載扭矩均明顯降低，空載電流也顯著減小，伺服電機(jī)及伺服系統(tǒng)工作正常，未出現(xiàn)三個坐標(biāo)方向的伺服報警，機(jī)床可連續(xù)運(yùn)行72h以上。上述結(jié)果充分說明采用新工藝方法，能有效保證滾珠絲桿副的安裝精度，另外，該方法還不受機(jī)床行程大小的限制。機(jī)床行程越大，越能突顯其優(yōu)勢，為大型數(shù)控機(jī)床和加工中心滾珠絲杠副的安裝提供了一種有效且可靠的方法。
機(jī)床滾珠絲杠副常用的安裝方式：
滾珠絲杠副常用的安裝方式通常有以下幾種：雙推-自由方式；雙推-支承方式；雙推-雙推方式。
大型臥式加工中心，是具有高性能、高剛性和高精度的機(jī)電一體化的高效加工設(shè)備，是加工各類高精度傳動箱體零件及其他大型模具的理想加工設(shè)備。它的三個坐標(biāo)方向均采用伺服電機(jī)帶動滾動絲杠傳動，三個坐標(biāo)方向，即X、Y、Z的工作行程較大。由于滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使主機(jī)上三個方向的滾珠絲杠副的安裝變得特別關(guān)鍵。
一、用舊方法安裝滾珠絲杠副存在缺陷：
1、按照傳統(tǒng)的工藝方法，安裝滾珠絲杠副一直沿用芯棒和定位套將兩端支承軸承座及中間絲母座連接在一起校正、用百分表將芯棒軸線與機(jī)床導(dǎo)軌找正平行并令芯棒傳動自如輕快的方法。這種安裝方法在三個坐標(biāo)方向行程較小的小型數(shù)控機(jī)床和加工中心上應(yīng)用較方便。由于芯棒與定位套、定位套與兩端支承的軸承孔以及中間的絲母座孔存在著配合間隙，往往使安裝后的支承軸承孔和絲母座孔的同軸度誤差較大，造成絲杠繞度增大、徑向偏置載荷增加、引起絲杠軸系各環(huán)節(jié)的溫度升高、熱變形變大和傳動扭矩增大等一系列嚴(yán)重后果，導(dǎo)致伺服電機(jī)超載、過熱，伺服系統(tǒng)報警，影響機(jī)床的正常運(yùn)行。另外，兩端軸承孔與中間絲母座孔的實(shí)際差值無法準(zhǔn)確測量，從而影響進(jìn)一步的精確調(diào)整。對于三個坐標(biāo)方向行程較大的數(shù)控機(jī)床和加工中心，由于所需芯棒多在1500mm以上，加工困難，不易保證精度，因此無法采用芯棒與定位套配合的找正方法進(jìn)行滾珠絲杠副的安裝。
在生產(chǎn)某型臥式加工中心時，由于機(jī)床的三個坐標(biāo)行程較大，采用傳統(tǒng)工藝方法安裝的過程中，由于兩端軸承孔與中間絲母座孔同軸度超差，造成滾珠絲杠徑向和偏置載荷增加，經(jīng)常出現(xiàn)伺服電機(jī)超載、過熱，伺服系統(tǒng)報警等現(xiàn)象，使機(jī)床無法連續(xù)運(yùn)行，同時嚴(yán)重影響滾珠絲杠副的使用壽命和傳動精度，縮短了主機(jī)的維修周期。
2、利用其他裝配方法，如采用移動滑鞍，縮短絲母座與軸承座的距離，將絲母座與兩端軸承座分別找正的方法，由于需要兩段分別找正，加上檢棒和檢套的配合間隙，實(shí)際應(yīng)用效果也不理想，同樣存在上述問題。
二、新的裝配工藝方法：
通過對該產(chǎn)品的現(xiàn)場技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)過多次反復(fù)的摸索與生產(chǎn)驗證，總結(jié)出一條比較可靠的裝配工藝方法。
1、首先，采用整體式專用芯棒將絲母座孔校正，使其與基準(zhǔn)導(dǎo)軌的正、側(cè)向平行度在0.01/1000以內(nèi)；
2、把絲母座固定后，采用專業(yè)測量夾具實(shí)際測量出絲母座孔距基準(zhǔn)導(dǎo)軌的正、側(cè)向距離；然后，同樣采用整體式專用檢棒將軸承孔與基準(zhǔn)導(dǎo)軌的正、側(cè)向平行度找正在0.01/1000以內(nèi)，采用專用測量夾具實(shí)際測量出軸承孔距基準(zhǔn)導(dǎo)軌的正、側(cè)向距離，要求絲母孔與基準(zhǔn)導(dǎo)軌正、側(cè)向距離一致，允差為0.01；將軸承座固定。這種方法采用整體式專用檢棒，不僅長度短小，而且將芯棒和定位套合二為一，消除了芯棒與定位套之間的配合間隙，可靠保證了軸承孔、絲母座孔與導(dǎo)軌的平行度；
3、通過實(shí)際距離的測量，使兩端軸承支承孔與絲母座孔的同軸度也得到了可靠的保證，這樣就降低了滾珠絲杠副的繞度和徑向偏置載荷，提高了絲杠副的安裝精度。
4、另外，在安裝滾珠絲杠的過程中，必須嚴(yán)格控制滾珠絲杠的軸向竄動量，此項技術(shù)指標(biāo)將直接影響滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的傳動位置精度。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際驗證表明：首先，要將安裝伺服電機(jī)端的軸承座內(nèi)的軸承裝配好，其在滾動絲杠傳動過程中起主要作用，將滾珠絲杠的軸向竄動量控制在0.015~0.02之間；然后，再將另一端軸承座內(nèi)的軸承裝配好，使軸向竄動量控制在0.01以內(nèi)。這樣就能有效保證滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的剛度和精度。
5、滾珠絲杠軸的預(yù)拉伸也是非常必要的。為了提高滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的剛度和精度，給絲杠軸實(shí)施預(yù)拉伸是非常有效的，但由于絲杠軸的各斷面不同，而溫升值又不易精確設(shè)定，所以按有關(guān)文獻(xiàn)計算得出的預(yù)拉力只能作為參考量。在生產(chǎn)中常常是把具有負(fù)值方向的目標(biāo)值的絲杠軸進(jìn)行預(yù)拉伸，使機(jī)床工作臺的定位精度曲線的走向接近水平。
三、結(jié)論：
在生產(chǎn)中，通過采用上述新工藝方法裝配的某大型加工中心的三個坐標(biāo)方向的滾珠絲杠的空載扭矩均明顯降低，空載電流也顯著減小，伺服電機(jī)及伺服系統(tǒng)工作正常，未出現(xiàn)三個坐標(biāo)方向的伺服報警，機(jī)床可連續(xù)運(yùn)行72h以上。上述結(jié)果充分說明采用新工藝方法，能有效保證滾珠絲桿副的安裝精度，另外，該方法還不受機(jī)床行程大小的限制。機(jī)床行程越大，越能突顯其優(yōu)勢，為大型數(shù)控機(jī)床和加工中心滾珠絲杠副的安裝提供了一種有效且可靠的方法。
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