一種新型滾珠絲杠副裝配與調(diào)試設(shè)備研制
2021-6-22 來源： 滄州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：張洪強(qiáng)
摘要: 針對(duì)在更換滾珠絲杠副的新滾珠過程中滾珠容易掉落出來和進(jìn)入兩個(gè)反向器之間的技術(shù)難題，研制了一種新型滾珠絲杠副裝配與調(diào)試設(shè)備。螺母與絲杠在旋合過程中要始終保持同軸心狀態(tài)，使絲杠與螺母的滾道保持一致。該設(shè)備主要由兩個(gè) V 形座、兩個(gè)調(diào)節(jié)板、兩個(gè)支撐板和滑動(dòng)導(dǎo)軌組成，利用調(diào)節(jié)板的垂直移動(dòng)和沿 T形槽的水平移動(dòng)來調(diào)整兩個(gè) V 形座的位置，使絲杠與螺母的軸心線重合。該設(shè)備操作方便，定位精度高，解決了滾珠絲杠生產(chǎn)廠家和滾珠絲杠維修人員的技術(shù)難題。
關(guān)鍵詞 : 滾珠絲杠 ; 裝配與調(diào)試 ; 同軸心 ;定位精度
引言
隨著我國(guó)裝備制造業(yè)的高速發(fā)展，尤其是高速、精密設(shè)備的發(fā)展，對(duì)滾珠絲杠副的需求越來越多。滾珠絲杠副是高速、精密機(jī)械設(shè)備上最常使用的傳動(dòng)部件之一，其主要作用是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑥D(zhuǎn)矩變?yōu)橥鶑?fù)作用的軸向力，自身具有高精度、無自鎖和高效率的特點(diǎn)。滾珠絲杠副由滾珠絲杠、螺母、滾珠（滾動(dòng)體）和反向器組成，在使用過程中，滾珠（滾動(dòng)體）會(huì)因磨損而造成直徑變小或形狀不規(guī)則，導(dǎo)致軸向間隙變大，影響設(shè)備在運(yùn)動(dòng)過程中的定位精度和軸向剛度。滾珠（滾動(dòng)體）磨損到一定程度后需要更換新的滾珠（滾動(dòng)體），以恢復(fù)滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度。無論是在滾珠絲杠生產(chǎn)廠家的組過程中，還是在日后出現(xiàn)故障后的維修過程中，將滾珠（滾動(dòng)體）裝配到絲杠與螺母溝槽內(nèi)并進(jìn)行調(diào)試都是非常困難的。
1.滾珠絲杠副的類型與軸向間隙
滾珠絲杠副按照循環(huán)方式分為外循環(huán)式和內(nèi)循環(huán)式，滾珠在循環(huán)過程中形成閉路，每個(gè)循環(huán)閉路具有不同的圈數(shù)，外循環(huán)式的每個(gè)循環(huán)閉路包含 1.5 圈、2.5 圈、3.5 圈等幾種類型，內(nèi)循環(huán)式的每個(gè)循環(huán)閉路就是 1 圈，每個(gè)螺母上有 2圈、3 圈、4 圈等幾種類型。外循環(huán)式滾珠絲杠副的滾珠（滾動(dòng)體）在整個(gè)循環(huán)過程結(jié)束后通過螺母外表面的反向器返回到絲杠與螺母之間的溝槽內(nèi)重新進(jìn)行循環(huán)。內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副的滾珠（滾動(dòng)體）在每個(gè)循環(huán)圈內(nèi)循環(huán)結(jié)束后通過鑲嵌在螺母內(nèi)的反向器返回到絲杠與螺母之間的溝槽內(nèi)重新進(jìn)行循環(huán)。由于內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副的每個(gè)循環(huán)閉路就是一個(gè)獨(dú)立的循環(huán)圈，所以運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)，在實(shí)際應(yīng)用中比較廣泛。
以數(shù)控機(jī)床的 X 向坐標(biāo)軸為例，滾珠絲杠副由兩端的軸承（座）支撐，通過聯(lián)軸器與坐標(biāo)軸電動(dòng)機(jī)聯(lián)接，通過絲杠螺母屜與工作臺(tái)連接，將坐標(biāo)軸電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，如圖 1 所示。
滾珠絲杠副在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中必然會(huì)產(chǎn)生軸向間隙，軸向間隙源于兩項(xiàng)因素的總和 ; 一是負(fù)載時(shí)滾珠與滾道型面接觸的彈性變形所引起的螺母相對(duì)絲杠的位移量 ; 二是滾珠（滾動(dòng)體）受到磨損、沖擊而造成直徑變小或形狀不規(guī)則，導(dǎo)致絲杠與螺母之間產(chǎn)生幾何間隙。軸向間隙是傳動(dòng)過程中的反向運(yùn)動(dòng)死區(qū)，它使絲杠在反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)螺母產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)滯后，從而造成工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)滯后，直接影響進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的定位精度。
2.滾珠絲杠副常用的裝配與調(diào)試方法
滾珠絲杠副的裝配與調(diào)試內(nèi)容主要是將絲杠、螺母、滾珠（滾動(dòng)體）、反向器、端蓋等裝配在一起，并調(diào)整滾珠絲杠副的軸向間隙，使其滿足正、反向定位精度。調(diào)整軸向間隙遵循的基本原理是使絲杠上的兩個(gè)螺母間產(chǎn)生軸向相對(duì)位移，以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的，采用的方法主要有螺紋調(diào)整間隙法、墊片調(diào)整間隙法、齒差調(diào)整間隙法。當(dāng)滾珠（滾動(dòng)體）磨損到一定程度，單獨(dú)依靠調(diào)整軸向間隙不能滿足定位精度時(shí)，需要更換新的滾珠（滾動(dòng)體）重新進(jìn)行裝配與調(diào)試。目前，滾珠絲杠副常用的裝配與調(diào)試方法是 ;1）分解滾珠絲杠副的所有部件 ;2）將絲杠與螺母的滾道清洗干凈 ;3）在螺母內(nèi)側(cè)的滾道上均勻涂抹稍高黏度的潤(rùn)滑脂 ;4）將準(zhǔn)備好的滾珠 “粘” 在螺母的滾道內(nèi)，只在反向器連通的循環(huán)圈內(nèi) “粘” 滾珠，直到將所有循環(huán)圈 “粘” 滿（幾個(gè)反向器就有幾個(gè)循環(huán)圈）;5）借助 “假軸”把 “粘” 滿滾珠的螺母沿著絲杠滾道方向慢慢旋合，直到螺母與絲杠完全旋合 ;6）將螺母沿著絲杠的全程滾道旋轉(zhuǎn)2~3遍，確保沒有轉(zhuǎn)動(dòng)阻力;7）在螺母兩端裝上保護(hù)端蓋。
根據(jù)多年的維修經(jīng)驗(yàn)，上述方法最大的問題在第 5）步，螺母與絲杠在旋合過程中，滾珠非常容易掉落和進(jìn)入兩個(gè)反向器之間。滾珠掉落出來，不能保障每一個(gè)循環(huán)圈的滾珠數(shù)量，產(chǎn)生軸向間隙，形成反向運(yùn)動(dòng)死區(qū) ; 滾珠進(jìn)入兩個(gè)反向器之間，在循環(huán)圈外造成循環(huán)卡死現(xiàn)象，增大滾珠絲杠副轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的阻力，加速反向器、滾珠、滾道的磨損。因此，需要多次重復(fù)裝配與調(diào)試，種方法效率非常低，精度難以保障。.新型設(shè)備的裝配與調(diào)試原理將“粘”滿滾珠的螺母與絲杠進(jìn)行旋合過程中，造成滾珠掉落和進(jìn)入兩個(gè)反向器之間的根本原因是在旋合過程中絲杠與螺母的滾道產(chǎn)生錯(cuò)位對(duì)滾珠產(chǎn)生擠壓，所以該新型滾珠絲杠副裝配與調(diào)試設(shè)備的原理是 ; 絲杠與螺母在旋合過程中始終保持同軸心狀態(tài)，使絲杠與螺母的滾道保持一致。
主要采用2個(gè)V形座來分別支撐絲杠與螺母，2 個(gè) V 形座底部加工有 T 形槽，如圖 2 所示，通過 T 形槽將每個(gè) V 形座與調(diào)節(jié)板聯(lián)接在一起，每個(gè)調(diào)節(jié)板下側(cè)加工有 2 個(gè) U 形螺栓孔，如圖 3所示，通過螺栓將調(diào)節(jié)板分別與固定支撐板和滑動(dòng)支撐板聯(lián)接在一起。T 形型槽起到水平方向調(diào)
整的作用，U 形螺栓孔起到垂直方向調(diào)整的作用，利用沿 U 形螺栓孔的垂直移動(dòng)和沿 T 形槽的水平移動(dòng)來調(diào)整 2 個(gè) V 形座的位置，先調(diào)整 2 個(gè) V形座使其在水平方向重合，再調(diào)整 2 個(gè) V 形座，使其在垂直方向高度相差 ΔR（ΔR 是螺母與絲杠的半徑差），將絲杠與螺母分別放在 2 個(gè) V 形座上后，保障絲杠與螺母的軸心線重合。
4.新型滾珠絲杠副裝配與調(diào)試設(shè)備結(jié)構(gòu)
按照螺母與絲杠在旋合過程中保持同軸心的原理，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)，滾珠絲杠副裝配與調(diào)試設(shè)備結(jié)構(gòu)已經(jīng)成型，該新型設(shè)備主要由底座、滑動(dòng)導(dǎo)軌、導(dǎo)向柱、固定支撐板、滑動(dòng)支撐板、第一 V 形座、第二 V 形座、第一調(diào)節(jié)板、第二調(diào)節(jié)板等組成，如圖 4 所示。在裝配與調(diào)試過程中，
根據(jù)滾珠絲杠的技術(shù)參數(shù)事先調(diào)整好該設(shè)備。首先，測(cè)量并計(jì)算出螺母與絲杠的半徑差 ΔR。其次，將滑動(dòng)支撐板與固定支撐板貼近，沿 T 形槽移動(dòng)2 個(gè) V 型座，使 2 個(gè) V 形槽側(cè)面橫向重合 ; 沿 U形螺栓孔移動(dòng) 2 個(gè)調(diào)節(jié)板，使 2 個(gè) V 形槽垂直高度差為半徑差 ΔR。最后，沿滑動(dòng)導(dǎo)軌將滑動(dòng)支撐板移開，準(zhǔn)備安裝與調(diào)試。從常用方法的第 5）步開始，第一 V 形座上放置 “粘” 滿滾珠的螺母，第二 V 形座上放置絲杠，沿導(dǎo)向柱推動(dòng)滑動(dòng)支撐板，使絲杠與螺母接近，借助 “假軸” 將絲杠沿
著螺母滾道方向慢慢旋合，直到螺母與絲杠完全旋合。
該新型設(shè)備適用于所有常見型號(hào)的滾珠絲杠副的裝配與調(diào)試，依據(jù)兩個(gè)回轉(zhuǎn)體零件在配合過程中保持同軸心原理，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在裝配與調(diào)試滾珠絲杠副時(shí)，滾珠不會(huì)向外掉落或進(jìn)入兩個(gè)反向器之間，能夠保障每一循環(huán)圈內(nèi)的滾珠數(shù)量和滾珠在正確的滾道位置。對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)的滾珠絲杠副采用該設(shè)備進(jìn)行裝配，并對(duì)預(yù)緊力進(jìn)行調(diào)試，經(jīng)過檢驗(yàn)，重復(fù)定位精度最高可以達(dá)到±0.012 mm，完全滿足實(shí)際使用中傳動(dòng)精度要求。
5.結(jié)語
該新型設(shè)備利用同軸心原理，采用滑動(dòng)導(dǎo)軌帶動(dòng)絲杠或螺母沿軸心線水平移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，承載剛性強(qiáng)。通過 T 形槽和 U 形螺栓孔來調(diào)整2 個(gè) V 形座的位置，使絲杠與螺母在裝配過程中保持同軸心。裝配成功率達(dá)到 98%，裝配效率提高了近 30 倍，裝配后的定位精度滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，為滾珠絲杠生產(chǎn)廠家和滾珠絲杠維修人員解決了技術(shù)難題。
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