大导程双圆弧偏心球形螺旋槽中经测量

汤银龙　杨睿敏

摘 要：精密滚珠丝杠副是数控机床、精密仪器和仪表等设备的关键零部件，滚珠丝杠副的中径尺寸（Φ中径）直接决定并影响着整机系统的运行精度和稳定性，测量的准确才能保证加工的准确，本文针对大导程双圆弧偏心球形螺旋槽结构特点，提出一种可靠、精确、便捷的测量方法，有助于加工过程中保证双圆弧螺旋槽和提高滚珠丝杠副中径尺寸（Φ中径）加工的精度。

关键词：精密滚珠丝杠副；双圆弧偏心球形螺旋槽；中径

精密丝杠是确定线性位移精度的关键部件，具有传递运动（精密定位）和动力两方面的作用，且滚珠丝杠副有高效率、高精度、高刚度等特点，已成为机械传动与定位的首选部件，被广泛应用于航空航天、精密数控机床、自动化装备、核工业等领域。提高精密滚珠丝杠的加工精度，特别是丝杠中径尺寸（Φ中径）的加工精度，一直是国内外众多学者研究的课题。

滚珠丝杠与丝杠螺母的滚道均为双圆弧偏心螺旋球形滚道，丝杠与丝杠螺母球形螺旋槽的截面并非是一个球形，而是两个与理论球形相切的偏心球形组成（见图1），该滚道形状特殊、表面光度要求高，滚道型面不方便采用仪器测量，单纯依靠磨螺纹设备内置加工模块设置也不能保证双圆弧偏心滚道型面。

精密滚珠丝杠副中径尺寸（Φ中径）为关键尺寸，要求精度高（公差±0.01），影响着整机的运行精度和状态，且该尺寸在加工过程中不方便使用工具直接测量。

螺母的滾道同样为双圆弧偏心螺旋球形滚道，滚道形状不容易检测，丝杠螺母的螺纹和滚珠丝杠中径尺寸Φ，即钢球在丝杠副内部循环运动时的轨道圆弧直径，决定并影响着精密滚珠丝杠副的回转运动、直线运动的精度。所以在生产加工和检验时，需要实时得到丝杠和螺母的中径实际尺寸。

如图2所示，为螺母外圆精磨后的最终状态，通过千分尺测量螺母实际外径尺寸W，并记录数据。数据随同工件转磨内螺纹工序。

如图3所示，螺母外圆精磨后作为磨削内螺纹基准进行加工，装夹时找正外圆全跳动不大于0.008。开始进行球形螺纹磨削加工，加工过程中通过千分尺和钢球组合的方式测量螺母实际尺寸H（在机床上检测），并记录。

滚珠丝杠外球形螺纹加工时需要测量中径时，见图5采用Ψ三线测量棒和公法线千分尺组合方式测量丝杠中径，此种方法使用方便、容易测量。需要注意的是，三线测量棒需要与滚珠丝杠副的钢球尺寸规格相对应，且三线测量棒要求尺寸一致，才能保证中径测量结果的正确性、准确性。

3 结论

通过分析滚珠丝杠副传动系统的结构工作原理，提出了一种球形内螺纹中径测量方法，建立球形内螺纹中径计算公式，采用三线测量棒、钢球和千分尺组合方式间接测量，并通过尺寸转化计算的方式得到了目标尺寸Φ，相比于代表内卡钳测量方式，该方法测量便捷、简单，能够满足测量精度，为正确加工和提高精密滚珠丝杠、丝杠螺母磨削精度提供了理论依据。