滚珠丝杠简介及其在数控机床上的使用

    [摘 要] 滚珠丝杠以其传动效率高、精度好，精度保持性强等特点广泛应用于数控机床，但是常常由于使用、维修、维护不当等原因，造成无法满足加工精度要求，本文根据滚珠丝杠副的特点，及历年来对数控机床的维修，通过对滚珠丝杠损坏原因的分析，并结合具体维修案例，阐述了滚珠丝杠在数控机床上的使用，及其如何延长滚珠丝杠的使用寿命。

　　[关键词] 功能部件 数控机床 滚动导轨副 滚珠丝杠副 数控系统

　　
　　滚珠丝杆是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杆由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杆被广泛应用于各种数控机床和精密仪器。

　　一、滚珠丝杆的特点

　　
　　1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3
　　滚珠丝杆的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。
　　
　　2、高精度轴承的保证
　　滚珠丝杆是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度•湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。
　　
　　3、微进给可能
　　滚珠丝杆由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。
　　
　　4、无侧隙、刚性高
　　滚珠丝杆可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。
　　
　　5、高速进给轴承可能
　　滚珠丝杆由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。
　　精度公差:C10,C7,C5,C3,C2,C1--数字越小，精度越高。

　　但在实际应用中，经常由于工作人员对丝杠的性能不了解或保养不够等原因，造成丝杠副的故障或损坏，从而对机床进给运动造成各种影响：
　　（1）过载问题
　　滚珠丝杠副进给传动的润滑状态不良、轴向预加载荷太大、丝杠与导轨不平行、螺母轴线与导轨不平行、丝杠弯曲变形时，都会引起过载报警。一般会在CRT上显示伺服电动机过载、过热或过流的报警，或在电柜的进给驱动单元上，用指示灯或数码管提示驱动单元过载、过流信息。
　　（2）窜动问题
　　窜动问题是滚珠丝杠副进给传动的润滑状态不良、丝杠支承轴承的压盖压合情况不好、滚珠丝杠副滚珠有破损、丝杠支承轴承可能破裂、轴向预加载荷太小，使进给传动链的传动间隙过大，引起丝杠传动时的轴向窜动。
　　（3）爬行问题
　　爬行问题一般发生在启动加速段或低速进给时，多因进给传动链的润滑状态不良、外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是，伺服电动机和滚珠丝杠连接用的联轴器，如连接松动或联轴器本身缺陷，如裂纹等，会造成滚珠丝杠转动和伺服电动机的转动不同步，从而使进给运动忽快忽慢，产生爬行现象。
　　对于丝杠引起故障如何进行处理呢，下面我们来对它进行一下分析和总结，以确定我们的维修思路。滚珠丝杠副常见的故障会引起数控机床产生进给运动误差，而进给运动误差表现在由滚珠丝杠副的工作状况上，反映为噪声过大、运动不灵活。下面就这两种故障现象进行简要分析。
　　（1）故障现象1——滚珠丝杠副噪声过大（见表3-1）
　　（2）故障现象2——滚珠丝杠运动不灵活（见表3-2）
　　下面我们再来看两个实例：
　　
　　1.一台VMC850（FANUC 0M-D系统）加工中心，在工作中发现Y轴加工尺寸老是不稳定，偶而还会出现409#报警。经检查发现Y轴丝杠锁紧螺母松动，打紧后重新安装，试加工，不再出现409#报警，但加工尺寸还是不太稳定，再次检查Y轴丝杠，没有发现什么问题，将其从机床上取下，用手转动螺母副，发现螺母副间隙过大，明显看到有晃动现象。分析原因并再次检查丝杠润滑系统，发现润滑油管断裂，不能有效进行润滑，更换油管及丝杠，重新安装，故障排除。
　　
　　2．一台VM85（FANUC 0I）加工中心，X轴在工作中出现噪音大，经检查发现轴承座密封损坏导致丝杠轴承锈蚀，需更换轴承，工作人员进更换，但更换后试机，发现X轴运动到原点附近就出现过热报警并伴随有嗡嗡声音，检查参数未发现什么问题，对刚才更换过程进重新检查，发现工作人员在更换轴承时，无意将远端轴承座上下调换了方向，因为轴承座方向不同时它的高低不同，致使轴承座与丝杠不同轴，螺母副远离该轴承座时丝杠尚能转动，当靠近这个位置时因不同轴致使丝杠受力过大，从而产生报警。重新安装轴承座后，故障排除
　　由上面的分析及实例可以看出，丝杠的故障均由于维护保养不到位引起的，下面我们来谈一下丝杠的保养及维护：
　　滚珠丝杠副的润滑
　　在使用滚珠丝杠副时，必须要有足够的润滑，如果润滑不够，将导致摩擦和磨损的增加，造成故障或寿命缩短等。润滑不良可同时引起数控机床多种进给运动的误差，因此，滚珠丝杠润滑是日常维护的主要内容。
　　使用润滑剂可提高滚珠丝杠耐磨性及传动效率。润滑剂可分为润滑油和润滑脂两大类。
　　润滑油 一般为全损耗系统用油 一般情况下，用于滚动轴承的矿物油都适用。
　　特别是在高转速情况下，以油润滑比脂润滑佳，这时滚珠丝杠副的温升较小。用润滑油润滑的滚珠丝杠副可在每次机床工作前加油一次。
　　润滑脂 可采用锂基润滑脂。润滑脂一般加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则经过壳体上的油孔注入螺母的空间内。每半年对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次，清洗丝杠上的旧润滑脂，涂上新的润滑脂， 采用脂润滑的优点可以使滚珠丝杠传动系统在一段很长时间后才需进行补充。也就是说，在多数情况下，可以省去一套补充润滑的装置。补充润滑脂的限量为大约填入螺母内空间容积的一半。可以使用所有高级滚动轴承润滑脂，但要注意润滑脂厂家的说明和提示
　　
　　2. 丝杠支承轴承的定期检查
　　定期检查丝杠支承与床身的连接是否松动，连接件是否损坏，以及丝杠支承轴承的工作状态与润滑状态。
　　
　　3. 滚珠丝杠副的防护
　　滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，因此，必须装有防护装置。如果滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。安装时，将防护罩的一端连接在滚珠螺母的侧面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝杠副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈防护，密封圈装在螺母的两端。接触式的弹性密封圈采用耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状；接触式密封圈的防尘效果好，但由于存在接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它采用硬质塑料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反，并稍有间隙，这样可避免摩擦力矩，但防尘效果差。工作中应避免碰击防护装置，防护装置一有损坏应及时更换。

　　安装及注意事项

　　滚珠丝杠副是精密的传动单元，安装滚珠丝杠副需要专门的技能和正确的测量设施。一般情况下，滚珠丝杠副的直线性偏差用手是感觉不到的，而滚珠丝杠径向力及偏心力则由外部导轨承担，为避免对滚珠丝杠副损坏，必须安装限位装置。使用时需注意的事项如下：
　　1）请注意避免撞击、弯曲，应小心拿取。
　　2）应保证支撑座孔与螺母座孔同轴性，不允许在不同轴的情况下强行安装。
　　3）请不要使滚珠丝杠副承受径向力，以免弯曲，部分滚珠过载，从而导 致传 动不平稳，影响精度及使用寿命。