五米滚珠丝杆安装和调试

(苏州苏福马机械有限公司，江苏 苏州 215011)

1 研究背景

多功能数控机床是通过现有的五米车床改造而成，配备刀轴、工件旋转轴、大拖板纵向进给轴、中拖板横向进给轴，并配以四轴三联动的数控系统，从而完成数控车、铣、磨、镗钻、滚等多功能，多功能数控机床如图1所示。因为装配精度直接影响此轴的传动精度和定位精度，不仅涉及到机械的精度、稳定性和可靠性，也影响电气特别是伺服电机的负荷和寿命，而在安装和调试过程中，由于纵向进给轴的滚珠丝杆副较长，难以保证装配精度。本文通过工艺改进，保证了机床实现正常的运行，产品达到了预定的设计要求。

图1 多功能数控机床

2 五米斯米特车床的改造

(1)对床身导轨精度进行精度修复和提升，在六米轻型龙门铣上，把磨头安装在铣头位置，把校平校直的车床床身定位在铣床台面上，磨头角度如图2所示，仿效导轨磨实现上一平一山导轨面和下压紧面的磨削，由于床身本身的扭曲变形，因此其导轨面所需磨削的加工量放大到了1 mm左右，通过此项磨削工艺，保证了导轨的尺寸精度，即截面轮廓和相对位置尺寸，保证导轨面的形位精度，即各导轨面的平面度和平行度，保证了较低的粗糙度，即各面要求在Ra0.8以下。然而用轻龙铣的侧铣头对大拖板纵向进给轴的滚珠丝杆支座两安装面和辅助支撑用直线导轨安装槽进行精铣加工，通过一次装夹完成加工，从而保证导轨面和安装面的互相平行。床身在精平加工后检测，各主面达到直线度0.03 mm/全长、平行度0.02 mm。

图2 磨头角度

(2)对大拖板进行与床身导轨面的配研铲刮，保证接触点在每平方英寸(25 mm*25 mm)内有15点以上，同时保证床身两导轨平行度不大于0.02 mm，用量块和塞尺在床身导轨全长上进行检查。然后对大拖板的导轨面贴塑，先把贴塑面清洗净，采用1 mm厚的贴塑带，胶水按说明书要求调匀，均涂在塑带和大拖板导轨面上，进行贴合，等4～5 min后在床身导轨上贴张纸，把大拖板贴面合在床身导轨上，经过24 h后翻转大拖板，清理接触面，并在塑面上修出润滑口和油道，再把大拖板贴塑面在床身进行导轨面上配研铲刮，保证接触点在每平方英寸(25 mm*25 mm)内有20点以上。

(3)为了中拖板横向进给轴有更大的工艺范围，即增大加工行程和加工件直径，对大拖板上的横向中拖板用导轨采用组合夹具式的键联方式接长了200 mm，并把螺母座设计安装在其下，为保证在500 kg滚刀架重量和大负荷断续切削冲击力下的接长部刚性，减小变形和振动可能带来的质量损失，特增加了一套带直线导轨辅助支撑装置，所以也要求通过加工和铲刮来保证此接长部的螺母座安装面与导轨面平行度、与滚珠丝杆托架两安装面的垂直度，也为大拖板纵向进给轴的滚珠丝杆副三孔同轴的装调留了个精基准。在实际使用过程中，振动很小、达到加工精度没有受到任何影响的效果。

最后，根据实测间隙进行导轨下压板滑动面和固定面高度差的配磨，并保证平行度不大于0.02 mm，把压板装上，用塞尺检测和精密修刮，保证大拖板的压板滑动面与床身导轨下面间隙在0.03 mm左右，各润滑口注油，推动大拖板，要求其轻松自如无滞阻、全长油道通畅。

3 滚珠丝杆调整原理

完成以上工作后，在修复和提高床身精度的同时，也同时保证了滚珠丝杆电机侧支座、尾侧支座两安装面与纵向长导轨面的平行度，大拖板螺母座安装面与纵向长导轨面的平行度及滚珠丝杆两支座安装面与螺母座安装面的垂直度。然后就可以考虑安装大拖板纵向进给轴的滚珠丝杆副，滚珠丝杆副安装要求如图3所示。从图3中可以看出，必须保证滚珠丝杆前(支座1的孔1、孔2)后(支座2的孔5)支座三孔和螺母座两孔(孔3、孔4)的共五孔同一轴线并与床身导轨平行，才能保证滚珠丝杆副的装配精度和设计要求。

图3 滚珠丝杆副安装要求

一个物体可以自由地活动，占有三维坐标系空间内任意的位置，它有六个自由度，即三个移动自由度、三个转动自由度，分别沿X、Y、Z轴的移动和分别绕X、Y、Z轴的转动。只要物体的六个自由度被逐个定位，它的位置也就确定下来。如果以中拖板横向移动方向为X轴，上下方向为Y轴，大拖板纵向移动方向为Z轴，那么将螺母座安装于大拖板安装面上消除了其绕X、Z轴转动和沿Y轴移动三个自由度，通过校正其与导轨的平行度来消除绕Y轴的转动一个自由度，沿Z轴的移动自由度因不影响同轴精度的调整可以不考虑，留下沿X轴移动自由度待调。同法，将电机侧的滚珠丝杆支座安装在其安装面上消除了绕其Y、Z轴转动、沿X轴的移动三个自由度，通过校正支座孔与导轨的平行度来消除绕X轴转动的一个自由度，沿Z轴的移动自由度因不影响同轴精度的调整可以不考虑，留下沿Y轴移动的自由度待调，此时两孔轴线和导轨已平行。接下来在螺母座孔内配穿一长芯棒，表座磁吸在芯棒的端部，旋转芯棒测出与丝杆支座孔的X向和Y向偏心量，打双表法以X向偏心量平行精调螺母座，消除了螺母座最后沿X轴移动的自由度，打双表法以Y向偏心量平行精调丝杆支座，消除丝杆支座最后沿Y轴移动的自由度，必要时可反复一至二次细调，最后以保证定位在螺母座孔的芯棒也能顺利进入丝杆支座孔内为准。

同理，对于尾侧的丝杆支座，安装在其安装面上消除了绕Y、Z轴转动、沿X轴的移动三个自由度，通过校正支座孔与导轨的平行度来消除绕X轴转动的一个自由度，沿Z轴移动的自由度因不影响同轴精度的调整可以不考虑，留下沿Y轴移动的自由度待调，区别的是在螺母座孔内配穿一长芯棒，表座磁吸在芯棒的端部，旋转芯棒只测出与丝杆支座孔的Y向偏心量就可以，因为X向在调电机侧时前已定，打双表法以Y向偏心量平行精调丝杆支座，消除了丝杆支座最后沿Y轴移动的自由度，必要时可反复一至二次细调，最后以保证定位在螺母座孔的芯棒也能顺利进入丝杆支座孔内为准。

这时四孔已同轴并与导轨平行，最后配打定位销，最后的滚珠丝杆副调整是依靠微量修刮(不是垫铜皮)两支座安装面和螺母座安装面来消除精加工的细微误差，从而更精密提高了装配精度。调整用芯棒的端头地留有小锥度，用于定心粗调，外圆会磨小几丝，用于进入精调，这样也可用塞尺来测出X向和Y向的间隙不匀度，通过细调，只要能使涂油的后面标准外圆慢慢无滞进入而挤出的油膜均匀就达到了调整的目的。

滚珠丝杆安装和调整时应注意以下几点：

(1)受丝杆驱动的移动部件其导轨压板压紧应适度，在修刮和调整压板后，0.03 mm塞尺应不过；

(2)受丝杆驱动的移动部件其塞铁不宜过紧或过松，应修刮和调整塞铁，使其接触率达到70%以上，0.03 mm塞尺应不过；

(3)滚珠丝杆的预紧力应适度，应调整预紧力使其轴向窜动不大于0.015 mm；

(4)滚珠丝杆螺母端面与结合面不垂直、结合面松动应修理调整结合面或加垫片；

(5)滚珠丝杆支座轴承预紧力应适度，应调整预紧力至要求；

(6)滚珠丝杆副制造误差过大时，应利用数控系统对其螺距误差插补补偿和反向间隙补偿；

(7)应调节使各导轨副和滚珠丝杆副均有良好的润滑；

(8)检查伺服电机和滚珠丝杆的联轴器是否松动。

4 带直线导轨的辅助支撑安装和调整

辅助支撑直线导轨的安装，首先要对导轨定位槽进行清理，用油石对其底、侧定位面进行打光处理，用清洁布擦干净，马上把直线导轨安装到位，然后通过检测和调整，保证直线导轨与床身导轨的平行度，按规定次序和拧紧扭矩紧固螺钉，再通过调节支撑部的两个圆螺母，保证支撑的正确到位和有效刚性。直线导轨如图4所示。

图4 直线导轨

带直线导轨辅助支撑的安装调整要注意以下几点：

(1)不能把滑块从导轨上卸下或拆开，这是因为导轨的滚动副为消除间隙采用了预过盈装配，一旦卸下就很难装上，并且底部的密封垫片在装配时封入了一定量的润滑脂，所以一旦拆开混入异物，再装上去将影响其润滑性能和使用寿命；

(2)辅助支撑要轻放在定位槽内，可以通过对槽底、侧面的调整来提高其自身平直度和与床身导轨的平行度，严禁用尖锐或硬的工具锤击导轨副。

5 结论

(1)通过对纵向一平一山长导轨的磨削、贴塑、铲刮，保证了纵向导轨直线度、平行度的精密修复；通过对滚珠丝杠支座面数控龙铣的校铣，保证了与纵向导轨的精确平行，完成了车床的改造和提升。

(2)通过六点自由度定位原理，结合芯棒打表、铲刮精调，仿实试装，保证了五米滚珠丝杠支座孔、螺母座孔的同轴，落实了丝杠的安装和调试。

(3)通过辅助支撑的安装和调整，保证了大拖板滚削动力头的切削刚性，实现了机床的稳定和可靠。技改后数控专机运行平稳，定位精确，有效地扩展了普通机床到多功能数控机床的工艺范围，取得了良好的经济效益。