浅谈滚珠丝杆的安装、防护及间隙调整
2017-05-16杨天云
杨天云
摘 要：随着数控机床和加工中心工作精度要求的日益提高，主机上的安装精度也逐渐成为装配中的突出问题，为了达到机床坐标位置精度的要求，必须提高滚珠丝杠副在机床上的安装精度。
关键词：滚珠丝杆；安装；防护；间隙调整
滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件，它是一种精密、高效率、高刚度、高寿命且节能省电的先进传动元件，可将电动机的旋转运动转化为工作台的直线运动，但制造成本高，广泛应用在数控机床及加工中心进给系统中来改善摩擦特性，为主机的高效高速化提供了良好的条件。
一、 滚珠丝杆安装
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、丝杠端部的轴承及其支承加工的不精确性和它们在受力之后的过量变形，都会对进给系统的传动刚度带来影响。因此，螺母座的孔与螺母之间必须保持良好的配合，并应保证孔对端面的垂直度，在螺母座上应当增加适当的筋板，并加大螺母座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刚度。滚珠丝杠的不正确安装以及支承结构的刚度不足，还会使滚珠丝杠的使用寿命大为下降。为了提高支承的轴向刚度，选择合适的滚动轴承。
滚珠丝杠螺母副仅用于承受轴向负荷，径向力、弯矩会使滚珠丝杠螺母副附加表面接触应力等负荷，从而可能造成丝杠的永久性损坏。正确的安装是有效维护的前提。安装时用芯轴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、用百分表将芯轴轴线与机床导轨找正平行并芯轴传动自如轻快。
1、滚珠丝杠螺母副安装到机床时的装配操作步骤如下：
（1）将与安装丝杠相关的零件（轴承、轴承座、联轴器、轴承盒）清洗干净，去刺、倒角、攻丝。
（2）刮研电机座和轴承座。
（3）安装电动机及联轴器。
（4）找正芯轴装入电机座中，再将轴承盒装入轴承座中，按照对角线的原则均匀预紧螺钉。
（5）将百分表的磁性表座安装在滑块上，表安装在表杆上将表头分别放在两轴承支座的最高点测量轴承支座的等高度。
（6）将百分表的表头放在丝杠的凸端分别在丝杠的前中后3个地方进行检测丝杠与导轨的平行度。
（7）按装配顺序拧紧螺钉。
（8）将工作台放在滑块上对准孔，并从螺母副的螺钉紧固起按照对角线的原则进行紧固（螺母不得露出孔外）。
2、滚珠丝杠的安装方式
一端固定、一端自由的安装方式适用于转速较低、滚珠丝杠较短的情况。两端游动是一种常见的安装方法，适用于中等转速的情况。一端固定、一端游动则适用于中等转速、需要高精度运行的场合。而两端固定的安装则适用于高速运转、需要高精度运行的场合。
二、滚珠丝杠螺母副的防護
1）若滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用防护罩防护：用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管、锥形套管、折叠式的塑料或人造革等形式的防腐蚀及耐油的防护罩。
2）如果滚珠丝杠副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈对螺母进行密封，密封圈厚度为螺母的2—3倍，装在滚珠螺母的两端。密封圈有接触式和非接触式两种。
三、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。
这种结构的特点是能精确地调整预紧量，构造简单、可靠性好、刚度高以及装卸方便。但调整费时，并且在工作中滚道磨损时不能随时进行调整，除非更换厚度不同的垫片，如图1所示。
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，如图2所示。
滚珠丝杆螺母副采用双螺母结构（类似于齿轮副中的双薄片齿轮结构）。通过改变垫片的厚度使螺母产生轴向位移，从而使两个螺母分别与丝杆的两侧面贴合。当工作台反向时，由于消除了侧隙，工作台会跟随CNC的运动指令反向而不会出现滞后。
这种结构的特点是调隙方式结构简单，调整方便，滚道磨损时可随时进行调整，但预紧量不很准确。
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，如图3所示。
这种结构的特点是调隙方式能精确微调预紧量，工作可靠，滚道磨损时调整方便。但结构复杂，用于需获得准确预紧力的精密定位系统。
参考文献
[1]王爱玲.数控机床结构及应用 第2版.[M].北京：机械工业出版社. 2016年.
[2]宴初宏. .数控机床与机械结构 第2版.[M].北京：机械工业出版社. 2016年.
