数控机床滚珠丝杠副怎么安装？

2025-03-26 02:17:56

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回答1：

数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外，滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。螺母座及支承座都应具有足够的刚度和精度。通常都适当加大和机床结合部件的接触面积，以提高螺母座的局部刚度和接触强度，新设计的机床在工艺条件允许时常常把螺母座或支承座与机床本体做成整体来增大刚度。
为了提高支承的轴向刚度，选择适当的滚动轴承也是十分重要的。国内目前主要采用两种组合方式。一种是把向心轴承和圆锥轴承组合使用，其结构虽简单，但轴向刚度不足。另一种是把推力轴承或向心推力轴承和向心轴承组合使用，其轴向刚度有了提高，但增大了轴承的摩擦阻力和发热而且增加了轴承支架的结构尺寸。近年来国内外的轴承生产厂家已生产出一种滚珠丝杠专用轴承，这是一种能够承受很大轴向力的特殊向心推力球轴承，与一般的向心推力球轴承相比，接触角增大到60。，增加了滚珠的数目并相应减小滚珠的直径。这种新结构的轴承比一般轴承的轴向刚度提高了2倍以上，而且使用极为方便，产品成对出售，而且在出厂时已经选配好内外环的厚度，装配时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧，就能获得出厂时已经调整好的预紧力。
滚珠丝杠副是由滚珠、丝杠、螺母等组成的机械元件，是将回转运动直接转化为直线运动或将直线运动转化为回转运动的理想产品，是对传统丝杠的进一步发展。滚珠丝杠副因优良的摩擦特性，广泛应用于工业设备、精密仪器、精密数控机床等机械设备中。滚珠丝杠副作为机床直接驱动执行元件，极大的推动了机床行业的数控化发展。
滚珠丝杠副主要是用来实现数控机床移动部件的进给和准确精确定位，滚珠丝杠副的精度将直接影响数控机床各坐标轴的定位精度。滚珠丝杠副的选用总体应依据机床的载荷和定位精度而定。正确的安装时有效维护的前提。因此，滚珠丝杠螺母副安装到机床时，应注意以下几点：
①丝杠的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母必须三点成一线。
②安装螺母时，尽量靠近支撑轴承。
③安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位。
④滚珠丝杠安装到机床时，请不要把螺母从丝杠上卸下来。
如必须卸下来时要使用辅助套，否则卸载时滚珠有可能脱落。螺母卸载时应注意以下几点：
①辅助套外径应小于丝杠底径0.1-0.2mm。
②辅助套在使用中必须靠紧丝杠螺纹轴肩。
③卸装时，不可用力过大，以免螺母损坏。
④装入安装孔时要避免撞击和偏心。
数控机床在进给过程中产生精度误差的主要原因有导轨本身的精度和进给系统的刚性。这些可以通过产品的设计和加工得到解决。而对于滚珠丝杠副，虽然在设计选用中考虑到温升产生的位移变化，导程值预先置为负值并经过精密加工达到较高的精度，但机床在使用过程中滚珠丝杠副的温升与丝杠副的转速及周围环境温度变化密切相关，即温升不是一个固定不变的数值，丝杠因温升产生不确定的热变形而无法满足高精度的定位要求，从而影响机床的进给精度。所以在丝杠的安装上必须考虑采用预拉伸安装方式，通过对滚珠丝杠进行一个固定值预拉伸量，使导程叨叨理想值，同时丝杠内部产生了一定的拉应力，这样在机床的使用过程中，丝杠因温度升高产生的热应力会与预拉伸产生的拉应力相互抵消，丝杠不产生热伸长。从而使得滚珠丝杠副在一定的温升范围内有很好的精度保持性。
滚珠丝杠副安装方式通常有以下几种。
(1)双推——自由方式，丝杠一端固定，一端自由。固定端轴承同时承受轴向力和径向力。这种支承方式用于行程小的短丝杠。
(2)双推——支承方式，丝杠一端固定，另一端支承。固定端轴承同时承受轴向力和径向力；支承端轴承只承受径向力，而且能作微量的轴向浮动，可以避免或减少丝杠因自重而出现的弯曲。同时丝杠热变形可以自由地向一端伸长。
(3)双推——双推方式，丝杠两端均固定。固定端轴承都可以同时承受轴向力和径向力，这种支承方式，可以对丝杠施加适当的预拉力，提高丝杠支承刚度，可以部分补偿丝杠的热变形。
(4)采用丝杠固定、螺母旋转的传动方式，此时，螺母一边转动、一边沿固定的丝杠作轴向移动：由于丝杠不动，可避免受临界转速的限制，避免了细长滚珠丝杠高速运转时出现的种种问题。螺母惯性小、运动灵活，可实现的转速高。此种方式可以对丝杠施加较大的预拉力，提高丝杠支承刚度，补偿丝杠的热变形。
机床滚珠丝杠副常用的安装方式：
滚珠丝杠副常用的安装方式通常有以下几种：双推-自由方式；双推-支承方式；双推-双推方式。
大型卧式加工中心，是具有高性能、高刚性和高精度的机电一体化的高效加工设备，是加工各类高精度传动箱体零件及其他大型模具的理想加工设备。它的三个坐标方向均采用伺服电机带动滚动丝杠传动，三个坐标方向，即X、Y、Z的工作行程较大。由于滚珠丝杠副的结构特点，使主机上三个方向的滚珠丝杠副的安装变得特别关键。
用旧方法安装滚珠丝杠副存在缺陷：
1、按照传统的工艺方法，安装滚珠丝杠副一直沿用芯棒和定位套将两端支承轴承座及中间丝母座连接在一起校正、用百分表将芯棒轴线与机床导轨找正平行并令芯棒传动自如轻快的方法。这种安装方法在三个坐标方向行程较小的小型数控机床和加工中心上应用较方便。由于芯棒与定位套、定位套与两端支承的轴承孔以及中间的丝母座孔存在着配合间隙，往往使安装后的支承轴承孔和丝母座孔的同轴度误差较大，造成丝杠绕度增大、径向偏置载荷增加、引起丝杠轴系各环节的温度升高、热变形变大和传动扭矩增大等一系列严重后果，导致伺服电机超载、过热，伺服系统报警，影响机床的正常运行。另外，两端轴承孔与中间丝母座孔的实际差值无法准确测量，从而影响进一步的精确调整。对于三个坐标方向行程较大的数控机床和加工中心，由于所需芯棒多在1500mm以上，加工困难，不易保证精度，因此无法采用芯棒与定位套配合的找正方法进行滚珠丝杠副的安装。
在生产某型卧式加工中心时，由于机床的三个坐标行程较大，采用传统工艺方法安装的过程中，由于两端轴承孔与中间丝母座孔同轴度超差，造成滚珠丝杠径向和偏置载荷增加，经常出现伺服电机超载、过热，伺服系统报警等现象，使机床无法连续运行，同时严重影响滚珠丝杠副的使用寿命和传动精度，缩短了主机的维修周期。
2、利用其他装配方法，如采用移动滑鞍，缩短丝母座与轴承座的距离，将丝母座与两端轴承座分别找正的方法，由于需要两段分别找正，加上检棒和检套的配合间隙，实际应用效果也不理想，同样存在上述问题。
首先，采用整体式专用芯棒将丝母座孔校正，使其与基准导轨的正、侧向平行度在0.01/1000以内；把丝母座固定后，采用专业测量夹具实际测量出丝母座孔距基准导轨的正、侧向距离；然后，同样采用整体式专用检棒将轴承孔与基准导轨的正、侧向平行度找正在0.01/1000以内，采用专用测量夹具实际测量出轴承孔距基准导轨的正、侧向距离，要求丝母孔与基准导轨正、侧向距离一致，允差为0.01；将轴承座固定。这种方法采用整体式专用检棒，不仅长度短小，而且将芯棒和定位套合二为一，消除了芯棒与定位套之间的配合间隙，可靠保证了轴承孔、丝母座孔与导轨的平行度；通过实际距离的测量，使两端轴承支承孔与丝母座孔的同轴度也得到了可靠的保证，这样就降低了滚珠丝杠副的绕度和径向偏置载荷，提高了丝杠副的安装精度。
另外，在安装滚珠丝杠的过程中，必须严格控制滚珠丝杠的轴向窜动量，此项技术指标将直接影响滚珠丝杆支撑座进给系统的传动位置精度。
根据现场实际验证表明：首先，要将安装伺服电机端的轴承座内的轴承装配好，其在滚动丝杠传动过程中起主要作用，将滚珠丝杠的轴向窜动量控制在0.015~0.02之间；
然后，再将另一端轴承座内的轴承装配好，使轴向窜动量控制在0.01以内。这样就能有效保证滚珠丝杠进给系统的刚度和精度。
滚珠丝杠轴的预拉伸也是非常必要的。
为了提高滚珠丝杠进给系统的刚度和精度，给丝杠轴实施预拉伸是非常有效的，但由于丝杠轴的各断面不同，而温升值又不易精确设定，所以按有关文献计算得出的预拉力只能作为参考量。
在生产中常常是把具有负值方向的目标值的丝杠轴进行预拉伸，使机床工作台的定位精度曲线的走向接近水平。
在生产中，通过采用上述新工艺方法装配的某大型加工中心的三个坐标方向的滚珠丝杠的空载扭矩均明显降低，空载电流也显著减小，伺服电机及伺服系统工作正常，未出现三个坐标方向的伺服报警，机床可连续运行72h以上。
上述结果充分说明采用新工艺方法，能有效保证滚珠丝杆副的安装精度，另外，该方法还不受机床行程大小的限制。机床行程越大，越能突显其优势，为大型数控机床和加工中心滚珠丝杠副的安装提供了一种有效且可靠的方法。
调整滚珠丝杠间隙的方法主要有一下三种方法：
1、垫片调隙式：
通常用螺钉来连接滚珠丝杠两个螺母的凸缘，并在凸缘间加垫片。调整垫片的厚度使螺母产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预拉紧力的目的。这种结构的特点是构造简单、可靠性好、刚度高以及装卸方便。但调整费时，并且在工作中不能随意调整，除非更换厚度不同的垫片。
2、螺纹调隙式：
其中一个螺母的外端有凸缘而另一个螺母的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸出套筒外，并用两个圆螺母固定着。旋转圆螺母时，即可消除间隙，并产生预拉紧力，调整好后再用另一个圆螺母把它锁紧。
3、齿差调隙式：
在两个螺母的凸缘上各制有圆柱齿轮，两者齿数相差一个齿，并装入内齿圈中，内齿圈用螺钉或定位销固定在套筒上。调整时，先取下两端的内齿圈，当两个滚珠螺母相对于套筒同方向转动相同齿数时，一个滚珠螺母对另一个滚珠螺母产生相对角位移，从而使滚珠螺母对于滚珠丝杠的螺旋滚道相对移动，达到消除间隙并施加预紧力的目的。

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