滚珠丝杠用高刚度固定支承牵拉机构的创新设计

孙春霞

(常州机电职业技术学院，江苏 常州 213164)

滚珠丝杠用高刚度固定支承牵拉机构的创新设计

孙春霞

(常州机电职业技术学院，江苏 常州 213164)

在高精度大型、重型数控机床上，用推力轴承+向心轴承+推力轴承组合，固定支承牵拉滚珠丝杠，给滚珠丝杠施加拉应力，补偿丝杠热变形，维持滚珠丝杠导程不变，从而保证机床精度稳定性。

固定支承；牵拉机构；轴承；补偿

滚珠丝杠常用向心轴承、推力轴承固定支承，支承宽度小、刚度低、抗振性差，直接影响机床的定位精度、重复定位精度。没有牵拉预紧只有高刚度固定支承的滚珠丝杠，导程随温度变化敏感，精度稳定性差。

1 高刚度固定支承牵拉机构

高精度数控机床、特别是高精度大型、重型数控机床的滚珠丝杠，需要一种高刚度固定支承、牵拉补偿滚珠丝杠热变形的机构，来提高其稳定性。如图1所示。

2 工作原理

图1所示为高刚度固定支承牵拉机构工作原理示意图。图中丝杠的上半部分、下半部分位置不同，分别表示机构间隙补偿前、间隙补偿后的情况。

本机构用推力轴承+向心轴承+推力轴承组合固定支承牵拉滚珠丝杠。

锁紧螺母6，依次推紧右侧支承套、右侧推力轴承、轴承套8、左侧推力轴承2、左侧支承套1、套11，顶死在滚珠丝杠10的轴阶上，给两个推力轴承适当预紧。

向心轴承3居中将径向力传递到轴承套8、轴承座9，其宽度略小于轴承套8上的安装通孔深度。

两侧布置的两只推力轴承的固定圈，紧贴轴承套8内安装通孔的孔口端面，传递双向轴向力，两个推力轴承的转动圈分别由两只相同的支撑套、传动键4与滚珠丝杠10一起转动。

拧紧牵拉套5上的螺钉拉动轴承套8，直至完全消除与牵拉套8间预留的间隙，即补偿量C，给滚珠丝杠10施加拉应力，补偿丝杠热变形。

改变调整垫7的厚度H即可改变施加于滚珠丝杠的拉应力大小，保证机床精度稳定性。

轴承座、轴承套上开有间隙润滑油道，轴承与外界用回转密封圈防尘，能有效延长寿命。

3 行程补偿量的调整

滚珠丝杠副本身制造的几何误差、丝杠副在传动过程中的磨损以及丝杠副工作时温度升高产生的轴隙，都会影响滚珠丝杠副的传动精度和定位精度，因此，在高精度数控机床上，常采用行程补偿量的方式消除丝杠、滚珠、螺母间的间隙，提高滚珠丝杠的刚度。

在图1中，C为行程补偿量；H为调整垫7的厚度；L1、L2为牵拉套5的轴向长度；L3为锁紧螺母6给两个推力轴承预紧后，轴承套8右侧端面到轴承座9右侧端面的轴向距离。

从图1中可知：

L2-L1=L3+H-C

则

H=L2-L1-L3+C

(1)

L3=L-L4-L5-L6-L7

(2)

式中：C可根据机床设计要求，按设计手册进行相关计算获得；L3也可在安装中测得实际尺寸。

由式(1)知，通过改变牵拉套5的轴向长度L1、L2及调整垫7的厚度H，可简单方便地调整行程补偿量。一般L1、L2固定不变，仅调整H，即可调整行程补偿量C。

4 结语

文中轴向和径向高刚度固定支承牵拉机构，通过创新推力轴承+向心轴承+推力轴承组合设计结构，给滚珠丝杠施加拉应力，补偿丝杠热变形，维持滚珠丝杠导程不变，从而保证机床精度稳定性。该机构已获得发明专利(CN1034234018)。

[1] 王起龙.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

[3]周志红，文怀兴，杨东生.滚珠丝杆安装方式的研究[J].制造业自动化，2007,29(6)：68-69.

[4]伍利群，杨益梅.滚珠丝杆螺母副的调节安装和防护[J].机械研究与应用，2006,19(6):64-65.

[5]董香龙.滚珠丝杠螺母副结合面动态特性参数识别与试验研究[D]. 南京：南京理工大学，2014.

(编辑 谭弘颖)

如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。

Innovative design of fixed support draw-off mechanism used for high stiffness ball screw

SUN Chunxia

(Changzhou Institute of Mechatronic Technology, Changzhou 213164,CHN)

On high presion large,heavy numerical control machine tool, thrust bearing and radial bearing and thrust bearing combination is used to fix support and draw-off ball screw, apply tensile stress on ball screw, compensate thermal deformation of ball screw, maintain lead, then the precision stability of machine tool is assured.

fixed support; draw-off mechanism; bearing; compensation

TH122

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.09.027

2016-04-05)

160932