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数控机床滚珠丝杠螺母副
日期：2010年01月26 来源：沈阳第一机床厂 关键字：数控机床
滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的传动装置。
1．工作原理与特点
滚珠丝杠螺母副的结构原理示意。数控机床在丝杠3和螺母1上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道a，将几圈螺旋滚道的两端连接起来，沈阳第一机床厂构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满珠2。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母(或丝杠)轴向移动。
滚珠丝杠螺母副的特点是：
1)传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率刀：0．92—0．96，比常规的丝杠螺母副提高3—4倍。因此，功率消耗只相当于常规丝杠螺母副的1／4—1／3。
2)给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区，定位精度高，刚度好。
3)运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
4)有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，g驴丝杠和螺母都可以作为主动件。
5）磨损小，使用寿命长。
6）制造工艺复杂，滚珠丝杠个螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度要求值也小，故制造成本高。
7）不能自锁特别是对于垂直丝杠，沈阳第一机床厂由于自重惯力的作用，数控机床下降时当传动切断后，不能立即停止运动，故常需添加制动装 置。
2．滚珠丝杠螺母副的循环方式
常用的循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称内循环。
(1)外循环常用的一种外循环方式。这种结构是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。再在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孑L。另外，在螺母内进出口处各装一挡珠器，并在螺母外表面装一套筒，这样构成封闭的循环滚道。外循环结构制造工艺简单，使用较广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。
(2)内循环 内循环均采用反向器实现滚珠循环，数控机床反向器有两种型式。圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽2。反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键1定位，以保证对准螺纹滚道方问。扁圆镶块反向器，反向器为一半圆头平键形镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽3，沈阳第一机床厂用镶块的外廓定位。两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的栏手向尺寸及缩短了轴向尺寸。但这种反向器的外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求较高。
3．滚珠丝杠螺母副间隙的消除
为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度，必须消除滚珠丝杠螺母副轴向间隙。消除间隙的方法常采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上，用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过大，预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。
(1)双螺母消隙 常用的双螺母丝杠消除间隙方法有：
1)垫片调隙式。如图2-19所示，数控机床调整垫片厚度使左右两螺母产生轴向位移，即可消除间隙和产生预紧力。这种方法结构简单，刚性好，但调整不便，滚道有磨损时不能随时消除间隙和进行预紧。
2)螺纹调隙式。如图2-20所示，螺母1的端有凸缘，螺母7外端制有螺纹，沈阳第一机床厂调整时只要旋动圆螺母6，即可消除轴向间隙并可达到产生预紧力的目的。
3)齿差调隙式。如图2-21所示，在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮，分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合，其齿数分别为z：和z：，并相差一个齿。调整时，先取下内齿圈，让两个螺母相对于套筒同方向都转动一个齿，然后再插入内齿圈，则两个螺母便产生相对角位移，其轴向位移量‘二 (1／z，—1／z：)户。。例如，z：二80，z：二81，滚珠丝杠的导程为户，二6mm时，‘二6mm／6480c0．001mm。数控机床这种调整方法能精确调整预紧量，调整方便、可靠，但结构尺寸较大，多用于高精度的传动。
(2)单螺母消隙
1)单螺母变位导程预加负荷。它是在滚珠螺母体内的两列循环珠链之间，使内螺母滚道在轴向产生一个厶工。的导程突变量，从而使两列滚珠在轴向错位实现预紧。这种调隙方法结构简单，但负荷量须预先设定且不能改变。
2)单螺母螺钉预紧。螺母的专业生产工作完成精磨之后，沿径向开一薄槽，沈阳第一机床厂通过内六角调整螺钉实现间隙的调整和预紧。该专利技术成功地解决了开槽后滚珠在螺母中良好的通过性。单螺母结构不仅具有很好的性能价格比，而且间隙的调整和预紧极为方便。
3．滚珠丝杠的支承
滚珠丝杠常用推力轴承支承，数控机床以提高轴向刚度(当滚珠丝杠的轴向负载很小时，也可用角接触球轴承支座)。滚珠丝杠在机床上的安装支承方式有以下几种：
1)一端装推力轴承。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低。此方式只适用于短丝杠，一般用于数控机床的调节环节或升降台式数控铣床的立向(垂直)坐标中。
2)一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承。此种方式可用于丝杠较长的情况。安装时应将推力轴承远离液压马达等热源及丝杠上的常用段，以减少丝杠热变形的影响。
3)两端装推力轴承。把推力轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，沈阳第一机床厂这样有助于提高刚度，但这种安装方式对丝杠的热变形较为敏感，轴承的寿命较两端装推力轴承及深沟球轴承方式低。
4)两端装推力轴承及深沟球轴承。数控机床为使丝杠具有最大的刚度，它的两端可用双重支承，即推力轴承加深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式不能精确地预先测定预紧力，预紧力的大小是由丝杠的温度变形转化而产生的，但设计时要求提高推力轴承的承载能力和支架刚度。
近来出现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角接触球轴承，与一般角接触球轴承相比，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两倍以上，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，沈阳第一机床厂装配调试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。使用极为方便。
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