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數控機床滾珠絲杠螺母副
日期:2010年01月26 來源:沈陽第一機床廠 關鍵字:數控機床
滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉運動能相互轉換的傳動裝置。
1.工作原理與特點
滾珠絲杠螺母副的結構原理示意。數控機床在絲杠3和螺母1上都有半圓弧形的螺旋槽,當它們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道a,將幾圈螺旋滾道的兩端連接起來,沈陽第一機床廠構成封閉的循環滾道,并在滾道內裝滿珠2。當絲杠旋轉時,滾珠在滾道內既自轉又沿滾道循環轉動,因而迫使螺母(或絲杠)軸向移動。
滾珠絲杠螺母副的特點是:
1)傳動效率高,摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動效率刀:0.92—0.96,比常規的絲杠螺母副提高3—4倍。因此,功率消耗只相當于常規絲杠螺母副的1/4—1/3。
2)給予適當預緊,可消除絲杠和螺母的螺紋間隙,反向時就可以消除空程死區,定位精度高,剛度好。
3)運動平穩,無爬行現象,傳動精度高。
4)有可逆性,可以從旋轉運動轉換為直線運動,也可以從直線運動轉換為旋轉運動,g驢絲杠和螺母都可以作為主動件。
5)磨損小,使用壽命長。
6)制造工藝復雜,滾珠絲杠個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)不能自鎖特別是對于垂直絲杠,沈陽第一機床廠由于自重慣力的作用,數控機床下降時當傳動切斷后,不能立即停止運動,故常需添加制動裝 置。
2.滾珠絲杠螺母副的循環方式
常用的循環方式有兩種:滾珠在循環過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環;始終與絲杠保持接觸的稱內循環。
(1)外循環常用的一種外循環方式。這種結構是在螺母體上軸向相隔數個半導程處鉆兩個孔與螺旋槽相切,作為滾珠的進口與出口。再在螺母的外表面上銑出回珠槽并溝通兩孑L。另外,在螺母內進出口處各裝一擋珠器,并在螺母外表面裝一套筒,這樣構成封閉的循環滾道。外循環結構制造工藝簡單,使用較廣泛。其缺點是滾道接縫處很難做得平滑,影響滾珠滾動的平穩性,甚至發生卡珠現象,噪聲也較大。
(2)內循環 內循環均采用反向器實現滾珠循環,數控機床反向器有兩種型式。圓柱凸鍵反向器,反向器的圓柱部分嵌入螺母內,端部開有反向槽2。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的凸鍵1定位,以保證對準螺紋滾道方問。扁圓鑲塊反向器,反向器為一半圓頭平鍵形鑲塊,鑲塊嵌入螺母的切槽中,其端部開有反向槽3,沈陽第一機床廠用鑲塊的外廓定位。兩種反向器比較,后者尺寸較小,從而減小了螺母的欄手向尺寸及縮短了軸向尺寸。但這種反向器的外廓和螺母上的切槽尺寸精度要求較高。
3.滾珠絲杠螺母副間隙的消除
為了保證滾珠絲杠反向傳動精度和軸向剛度,必須消除滾珠絲杠螺母副軸向間隙。消除間隙的方法常采用雙螺母結構,利用兩個螺母的相對軸向位移,使兩個滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個相反的側面上,用這種方法預緊消除軸向間隙時,應注意預緊力不宜過大,預緊力過大會使空載力矩增加,從而降低傳動效率,縮短使用壽命。
(1)雙螺母消隙 常用的雙螺母絲杠消除間隙方法有:
1)墊片調隙式。如圖2-19所示,數控機床調整墊片厚度使左右兩螺母產生軸向位移,即可消除間隙和產生預緊力。這種方法結構簡單,剛性好,但調整不便,滾道有磨損時不能隨時消除間隙和進行預緊。
2)螺紋調隙式。如圖2-20所示,螺母1的端有凸緣,螺母7外端制有螺紋,沈陽第一機床廠調整時只要旋動圓螺母6,即可消除軸向間隙并可達到產生預緊力的目的。
3)齒差調隙式。如圖2-21所示,在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪,分別與固緊在套筒兩端的內齒圈相嚙合,其齒數分別為z:和z:,并相差一個齒。調整時,先取下內齒圈,讓兩個螺母相對于套筒同方向都轉動一個齒,然后再插入內齒圈,則兩個螺母便產生相對角位移,其軸向位移量‘二 (1/z,—1/z:)戶。。例如,z:二80,z:二81,滾珠絲杠的導程為戶,二6mm時,‘二6mm/6480c0.001mm。數控機床這種調整方法能精確調整預緊量,調整方便、可靠,但結構尺寸較大,多用于高精度的傳動。
(2)單螺母消隙
1)單螺母變位導程預加負荷。它是在滾珠螺母體內的兩列循環珠鏈之間,使內螺母滾道在軸向產生一個厶工。的導程突變量,從而使兩列滾珠在軸向錯位實現預緊。這種調隙方法結構簡單,但負荷量須預先設定且不能改變。
2)單螺母螺釘預緊。螺母的專業生產工作完成精磨之后,沿徑向開一薄槽,沈陽第一機床廠通過內六角調整螺釘實現間隙的調整和預緊。該專利技術成功地解決了開槽后滾珠在螺母中良好的通過性。單螺母結構不僅具有很好的性能價格比,而且間隙的調整和預緊極為方便。
3.滾珠絲杠的支承
滾珠絲杠常用推力軸承支承,數控機床以提高軸向剛度(當滾珠絲杠的軸向負載很小時,也可用角接觸球軸承支座)。滾珠絲杠在機床上的安裝支承方式有以下幾種:
1)一端裝推力軸承。這種安裝方式的承載能力小,軸向剛度低。此方式只適用于短絲杠,一般用于數控機床的調節環節或升降臺式數控銑床的立向(垂直)坐標中。
2)一端裝推力軸承,另一端裝深溝球軸承。此種方式可用于絲杠較長的情況。安裝時應將推力軸承遠離液壓馬達等熱源及絲杠上的常用段,以減少絲杠熱變形的影響。
3)兩端裝推力軸承。把推力軸承裝在滾珠絲杠的兩端,并施加預緊拉力,沈陽第一機床廠這樣有助于提高剛度,但這種安裝方式對絲杠的熱變形較為敏感,軸承的壽命較兩端裝推力軸承及深溝球軸承方式低。
4)兩端裝推力軸承及深溝球軸承。數控機床為使絲杠具有最大的剛度,它的兩端可用雙重支承,即推力軸承加深溝球軸承,并施加預緊拉力。這種結構方式不能精確地預先測定預緊力,預緊力的大小是由絲杠的溫度變形轉化而產生的,但設計時要求提高推力軸承的承載能力和支架剛度。
近來出現一種滾珠絲杠專用軸承。這是一種能夠承受很大軸向力的特殊角接觸球軸承,與一般角接觸球軸承相比,接觸角增大到60‘,增加了滾珠的數目并相應減小滾珠的直徑。這種新結構的軸承比一般軸承的軸向剛度提高兩倍以上,使用極為方便。產品成對出售,而且在出廠時已經選配好內外環的厚度,沈陽第一機床廠裝配調試時只要用螺母和端蓋將內環和外環壓緊,就能獲得出廠時已經調整好的預緊力。使用極為方便。
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