滾珠絲杠的發(fā)展與應(yīng)用數(shù)控專業(yè)畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 論 文題 目 滾珠絲杠的發(fā)展與應(yīng)用 專 業(yè) 數(shù)控加工與維護(hù)工程 班 級(jí) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 西安工業(yè)大學(xué)函授部二 0 0 九 年摘 要絲杠螺母副是運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)，其功用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)。按絲杠與螺母的摩擦性質(zhì)分類：滑動(dòng)絲杠螺母副，主要用于舊機(jī)床的數(shù)控化改造、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等； 滾珠絲杠螺母副，廣泛用于中、高檔數(shù)控機(jī)床； 靜壓絲杠螺母副，主要用于高精度數(shù)控機(jī)床、重型機(jī)床。鑒于滾珠絲杠螺母副在數(shù)控機(jī)床中使用的廣泛性，本段將進(jìn)行較詳細(xì)的討論。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。

2、這一發(fā)展的深刻意義如同滾動(dòng)軸承對(duì)滑動(dòng)軸承所帶來得改變一樣。滾珠絲杠為適應(yīng)各種用途，提供了標(biāo)準(zhǔn)化種類繁多的產(chǎn)品。滾珠的循環(huán)方式有循環(huán)導(dǎo)管式、循環(huán)器式、端蓋式。預(yù)壓方式有定位預(yù)壓（雙螺母方式、位預(yù)壓方式）、定壓預(yù)壓?？筛鶕?jù)用途選擇適當(dāng)類型。絲杠有高精度研磨加工的精密滾珠絲杠（精度分為從c0-c7的6個(gè)等級(jí)）和經(jīng)高精度冷軋加工成型的冷軋滾珠絲杠（精度分為從c7-c10的3個(gè)等級(jí)）。另外，為應(yīng)付用戶急需交貨的情況，還有已對(duì)軸端部進(jìn)行了加工的成品，可自由對(duì)軸端部進(jìn)行追加工的半成品及冷軋滾珠絲杠。作為滾珠絲杠的周邊零配件，在使用上所必要的絲杠支撐單元、螺母支座、鎖緊螺母等也已被標(biāo)準(zhǔn)化了，可供用戶選擇使用。

3、滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運(yùn)用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器、精密數(shù)控機(jī)床。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來越高，為了使機(jī)械產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運(yùn)行，這就要求滾珠絲杠副不但有高的精度，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象。由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航天、航空、核工業(yè)等領(lǐng)域。尤其是近年來，滾珠絲杠副作為數(shù)控機(jī)床直線驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元，在機(jī)床行業(yè)得到廣泛運(yùn)用，極大的推動(dòng)了機(jī)床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。這些都取決于其具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)良特性：傳動(dòng)效率高、 定位精度高、 傳動(dòng)可逆性、使用壽命長(zhǎng)、同步性能好 在滾珠絲杠副中，自由滾動(dòng)的滾珠將力與運(yùn)動(dòng)在絲杠

4、與螺母之間傳遞，這一傳動(dòng)方式取代了傳統(tǒng)螺紋絲杠副的絲杠與螺母間直接作用方式，因而以極小滾動(dòng)摩擦代替了傳統(tǒng)絲杠的滑動(dòng)摩擦。使?jié)L珠絲杠副傳動(dòng)效率達(dá)到90%以上，整個(gè)傳動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)力矩減少至滑動(dòng)絲杠的1/3左右，發(fā)熱率也因此得以大幅降低。關(guān)鍵詞：進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 滾珠絲杠副 滾珠循環(huán)方式 滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)原理目 錄第一章 概述1.1滾珠絲杠副的發(fā)展41.1.1 滾珠絲杠副的種類41.1.2 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)51.1.3 滾珠絲杠副精度51.1.4 滾珠絲杠副性能61.2滾珠絲杠螺母副發(fā)展所遇到的問題71.2.1精密滾珠絲杠副實(shí)現(xiàn)高速化要解決的主要矛盾71.2.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)高速化的基礎(chǔ)71.2.3提

5、高工藝水平和制造質(zhì)量是高速化的關(guān)鍵9第二章 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理與維護(hù)2.1滾珠絲杠螺母副的工作原理102.1.1滾珠絲杠螺母副的工作原理102.1.2滾珠絲桿螺母副的消隙102.2兩種滾珠循環(huán)方式的工作原理112.2.1滾珠內(nèi)循環(huán)方式112.2.2外循環(huán)方式122.3滾珠絲杠副的常見故障及排除方法122.3.1滾珠絲杠螺母副的維護(hù)132.3.2故障現(xiàn)象故障原因132.4滾珠絲杠副的安裝132.4.1滾珠絲杠副的安裝132.4.2滾珠絲杠副的防護(hù)和潤(rùn)滑142.4.3滾珠絲杠副在高速數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用14總 結(jié)致 謝參考文獻(xiàn)第一章 概述1.1滾珠絲杠副的發(fā)展早在19世紀(jì)末就發(fā)明了滾珠絲杠副，但

6、很長(zhǎng)一段時(shí)間未能實(shí)際應(yīng)用，因制造難度太大。世界上第一個(gè)使用滾珠絲杠副的是美國通用汽車公司薩吉諾分廠，它將滾珠絲杠副用于汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上。1940年，美國開始成批生產(chǎn)用于汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠副，1943年，滾珠絲杠副開始用于飛機(jī)上。精密螺紋磨床的出現(xiàn)使?jié)L珠絲杠副在精度和性能上產(chǎn)生了較大的飛躍，隨著數(shù)控機(jī)床和各種自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展，促進(jìn)了滾珠絲杠副的研究和生產(chǎn)。從50年代開始，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，滾珠絲杠副生產(chǎn)廠家如雨后春筍般迅速出現(xiàn)，例如：美國的warner-beaver公司、gmsaginaw公司；英國的rotax公司；日本的nsk公司、tsubaki公司等。我國早在50年代末期開始研制用于程

7、控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠副。40多年來，由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航天、航空、核工業(yè)等領(lǐng)域。現(xiàn)在，滾珠絲杠副已成為機(jī)械傳動(dòng)與定位的首選部件。滾珠絲杠副的發(fā)展主要在以下幾方面。 1.1.1 滾珠絲杠副的種類由于滾珠絲杠副的使用不斷普及，使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來越多，普通規(guī)格的滾珠絲杠副已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了使用要求，如航天航空領(lǐng)域、小型精密測(cè)試裝置、電子儀器以及半導(dǎo)體裝置等基本上都需要公稱直徑d012mm，導(dǎo)程ph=0.52.5 mm的微型滾珠絲杠副。日本nsk公司已開發(fā)出公稱直徑d0=4mm，導(dǎo)程ph=0.5mm的世界最小導(dǎo)程微型滾珠絲杠副。

8、半導(dǎo)體插件裝置、小型機(jī)器人等需要微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副，以滿足高速驅(qū)動(dòng)要求。隨著機(jī)械產(chǎn)品向高速、高效、自動(dòng)化方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控鍛壓機(jī)械、加工中心以及機(jī)電一體化自動(dòng)機(jī)械等，其進(jìn)給驅(qū)動(dòng)速度不斷提高，大導(dǎo)程滾珠絲杠副的出現(xiàn)，滿足了高速化的要求。日本nsk公司已開發(fā)出公稱直徑導(dǎo)程為：15mm40mm、16mm50mm、20mm60mm、25mm80mm超大導(dǎo)程滾珠絲杠副，快速進(jìn)給速度達(dá)180m/min。 滾珠絲杠副按照常規(guī)分類如圖1。 現(xiàn)國內(nèi)外文獻(xiàn)上對(duì)滾珠絲杠副還沒有統(tǒng)一的分類，但各國一般是按以下原則進(jìn)行分類的，普通滾珠絲杠副一般指公稱直徑d0=16100mm，導(dǎo)程ph=420mm，螺旋升角9。

9、 微型滾珠絲杠副指公稱直徑d012mm的滾珠絲杠副。對(duì)于導(dǎo)程ph3mm的滾珠絲杠副稱為微型小導(dǎo)程滾珠絲杠副，螺旋升角9的滾珠絲杠副稱為微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副。大導(dǎo)程滾珠絲杠副指公稱直徑d016mm，螺旋升角179或?qū)С蘢0phd0的滾珠絲杠副，對(duì)于螺旋升角17稱為超大導(dǎo)程滾珠絲杠副。 重型滾珠絲杠副指公稱直徑d0125mm的滾珠絲杠副。 1.1.2 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)分為內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)(以圓形反向器和橢圓形反向器為代表)和外循環(huán)結(jié)構(gòu)(以插管為代表)兩種。這兩種結(jié)構(gòu)也是最常用的結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)性能沒有本質(zhì)區(qū)別，只是內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸小；外循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸大。目前，滾珠絲杠副的結(jié)

10、構(gòu)已有10多種，但比較常用的主要有(圖2，附表)：內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)；外循環(huán)結(jié)構(gòu)；端蓋結(jié)構(gòu)；蓋板結(jié)構(gòu)。 內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)反向器的形狀有多種多樣，但是，常用的外形就是圓形和橢圓形。由于圓形滾珠反向通道較短，因此，在流暢性上不如橢圓形結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在，最好的反向器結(jié)構(gòu)為橢圓形內(nèi)通道結(jié)構(gòu)，由于滾珠反向不通過絲杠齒頂，類似外循環(huán)結(jié)構(gòu)，因此，消除了絲杠齒頂?shù)菇钦`差給滾珠反向帶來的影響。但由于制造工藝較復(fù)雜，影響了這種結(jié)構(gòu)的推廣。附表 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)特點(diǎn)比較種類特點(diǎn)循環(huán)圈數(shù)螺母尺寸圈數(shù)列數(shù)內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)通過反向器組成滾珠循環(huán)回路，每一個(gè)反向器組成1圈滾珠鏈。因此承載小。適應(yīng)于微型滾珠絲杠副與普通滾珠絲杠副。12列以上小外循環(huán)結(jié)構(gòu)

11、通過插管組成滾珠循環(huán)回路，每一個(gè)插管至少1.5圈滾珠鏈，因此，承載大。適應(yīng)于小導(dǎo)程、一般導(dǎo)程、大導(dǎo)程與重型滾珠絲杠副。1.5以上1列以上大端蓋結(jié)構(gòu)通過螺母兩端的端蓋組成滾珠循環(huán)回路，每個(gè)回路至少1圈滾珠鏈，承載大。適應(yīng)于多頭大導(dǎo)程、超大導(dǎo)程滾珠絲杠副。1以上2列以上小蓋板結(jié)構(gòu)通過蓋板組成滾珠循環(huán)回路，每個(gè)螺母一個(gè)蓋板，每個(gè)蓋板組成至少1.5圈滾珠鏈。適應(yīng)于微型滾珠絲杠副。1.5以上1中1.1.3 滾珠絲杠副精度過去，為了獲得高的定位精度，主要通過提高滾珠絲杠副本身的精度來實(shí)現(xiàn)，因此，對(duì)滾珠絲杠的導(dǎo)程累積誤差要求很高，給滾珠絲杠副的制造帶來困難，使?jié)L珠絲杠副的生產(chǎn)成本加大。特別是高精度滾珠絲杠副

12、，只有通過數(shù)控螺紋磨床或激光反饋螺紋磨床加工才能達(dá)到。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們掌握了數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)，因而，不需要很高精度的滾珠絲杠副，也能獲得高的定位精度。為了適應(yīng)數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)的要求，國際標(biāo)準(zhǔn)iso3408-3-1992以及部頒標(biāo)準(zhǔn)jb3162.2-92都對(duì)滾珠絲杠副的行程變動(dòng)量作了要求，如有效行程內(nèi)行程變動(dòng)量、任意300mm行程內(nèi)行程變動(dòng)量、2弧度內(nèi)行程變動(dòng)量。其目的就是要控制滾珠絲杠副行程誤差的直線性，也即滾珠絲杠副行程誤差線性化。為數(shù)控誤差補(bǔ)償創(chuàng)造條件。 1.1.4 滾珠絲杠副性能隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來越高，為了使機(jī)械產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運(yùn)行，這

13、就要求滾珠絲杠副不但有高的精度，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象。滾珠絲杠副運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，主要取決于滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量，不同轉(zhuǎn)速下滾珠絲杠副的滾珠鏈運(yùn)動(dòng)的流暢性不同，因此，滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩也不相同。國際標(biāo)準(zhǔn)iso340831992以及部頒標(biāo)準(zhǔn)jb3162.292規(guī)定了在轉(zhuǎn)速為100r/min時(shí)，滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的允差。 由于存在加工誤差，如：滾珠絲杠中徑尺寸全長(zhǎng)不一致，絲杠、螺母的導(dǎo)程誤差，絲杠與螺母的滾道齒形誤差以及螺紋滾道的粗糙度等，使?jié)L珠絲杠副的動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩在絲杠螺紋全長(zhǎng)上是不恒定的，這直接影響驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性，因而也影響滾珠絲杠副的定位精度。因此，滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的大小是

14、反映滾珠絲杠副性能好壞的重要指標(biāo)。近幾年來，人們對(duì)滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的大小開始重視起來，以前人們只重視滾珠絲杠副綜合行程誤差曲線，現(xiàn)在也開始重視滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的曲線。因?yàn)橛辛诉@兩條曲線，滾珠絲杠副的性能就能很好地反映出來。 為了滿足上述要求，北京機(jī)床研究所先后研制了滾珠絲杠副綜合行程誤差測(cè)量?jī)x和預(yù)緊轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x。應(yīng)用現(xiàn)代化的測(cè)量手段和高精度的傳感器，在測(cè)量過程中能實(shí)時(shí)顯示行程誤差曲線和預(yù)緊轉(zhuǎn)矩曲線，并打印出完整的測(cè)量報(bào)告，為衡量滾珠絲杠副的總成質(zhì)量，提供了可靠的檢測(cè)手段。 隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，“高速、高效”成為各廠家追求的目標(biāo)，對(duì)于高速驅(qū)動(dòng)與定位部件，國外已有直線電動(dòng)機(jī)問世，開始用于

15、加工中心，快速進(jìn)給速度達(dá)到160m/min以上，加速度達(dá)4g以上，向滾珠絲杠副提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。但由于直線電動(dòng)機(jī)存在價(jià)格昂貴、控制系統(tǒng)復(fù)雜、需采取措施解決磁鐵吸引金屬切屑、強(qiáng)磁對(duì)人身危害以及發(fā)熱等缺點(diǎn)，在近一段時(shí)間很難得到普及。滾珠絲杠副仍是現(xiàn)在高速驅(qū)動(dòng)的最優(yōu)先選擇，國外大部分高速加工中心仍使用滾珠絲杠副。為了達(dá)到高速驅(qū)動(dòng)目的，設(shè)計(jì)時(shí)在提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min)的同時(shí)，使用大導(dǎo)程滾珠絲杠副，導(dǎo)程可達(dá)32mm。如日本馬扎克公司在ff660機(jī)床上使用滾珠絲杠副，機(jī)床快速移動(dòng)速度達(dá)90m/min，加速度達(dá)1.5g。 從前，擔(dān)心大導(dǎo)程滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)對(duì)加工中心精度的影響，設(shè)計(jì)時(shí)

16、取導(dǎo)程ph10mm。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，從1999年日本國際機(jī)床展覽會(huì)上可看出，設(shè)計(jì)與研究現(xiàn)在大部分高速加工中心都使用大導(dǎo)程滾珠絲杠副。 滾珠絲杠副在高速驅(qū)動(dòng)時(shí)主要存在的問題是：噪聲、溫升、精度。滾珠絲杠副噪聲產(chǎn)生的原因主要有：滾珠在循環(huán)回路中的流暢性、滾珠之間的碰撞、滾道的粗糙度、絲杠的彎曲等。滾珠絲杠副的溫升主要是由滾珠與絲杠、螺母、反向器之間的摩擦及滾珠之間的摩擦產(chǎn)生的。要解決上述問題首先應(yīng)從滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開始，對(duì)存在的問題采取措施；另一方面，從工藝上解決，通過合理的工藝流程，提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量；選取適當(dāng)?shù)臐L珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩；減小滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量，使?jié)L珠絲杠副適應(yīng)高速驅(qū)

17、動(dòng)的要求。 總之，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，用戶對(duì)滾珠絲杠副的要求越來越嚴(yán)，要求也多樣化，促使?jié)L珠絲杠生產(chǎn)廠不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量、開發(fā)新品種，以滿足用戶的需求。1.2滾珠絲杠螺母副發(fā)展所遇到的問早在19世紀(jì)末就發(fā)明了滾珠絲杠副，但很長(zhǎng)一段時(shí)間未能實(shí)際應(yīng)用，因制造難度太大。世界上第一個(gè)使用滾珠絲杠副的是美國通用汽車公司薩吉諾分廠，它將滾珠絲杠副用于汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上。1940年，美國開始成批生產(chǎn)用于汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠副，1943年，滾珠絲杠副開始用于飛機(jī)上。精密螺紋磨床的出現(xiàn)使?jié)L珠絲杠副在精度和性能上產(chǎn)生了較大的飛躍，隨著數(shù)控機(jī)床和各種自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展，促進(jìn)了滾珠絲杠副的研究和生產(chǎn)。從50年代開始，在工

18、業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，滾珠絲杠副生產(chǎn)廠家如雨后春筍般迅速出現(xiàn)，例如：美國的warner-beaver公司、gmsaginaw公司；英國的rotax公司；日本的nsk公司、tsubaki公司等。我國早在50年代末期開始研制用于程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠副。40多年來，由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航天、航空、核工業(yè)等領(lǐng)域。現(xiàn)在，滾珠絲杠副已成為機(jī)械傳動(dòng)與定位的首選部件。汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)的發(fā)展對(duì)輕合金的高速切削加工越來越重視，加工中心、工業(yè)機(jī)器人、cnc鍛壓機(jī)械、fms及各類數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)化機(jī)械的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)速度不斷提高。以加工中心為例，工作臺(tái)的移動(dòng)速度在80年代

19、僅為1520m/min、加速度0.5g左右，90年代中前期為3050m/min，加速度1g左右，到90年代后期已達(dá)6080時(shí)min，加速度1.5g以上，并向更高速度推進(jìn)。作為伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)滾珠絲杠副，因具有高效快速、節(jié)省能源、零間隙高剛度傳動(dòng)、跟隨靈敏、不污染環(huán)境且對(duì)周邊環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，始終占據(jù)直線運(yùn)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域的絕大部分市場(chǎng)。為適應(yīng)高速切削加工的要求，在滿足定位精度的同時(shí)，如何進(jìn)一步提高進(jìn)給速度和加(減)速度成為業(yè)內(nèi)人士當(dāng)前關(guān)注的焦點(diǎn)。筆者研究了有關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合多年的親身經(jīng)歷，提出一些想法供同仁參考。 1.2.1精密滾珠絲杠副實(shí)現(xiàn)高速化要解決的主要矛盾本人認(rèn)為，在精度、線

20、速度、加(減)速度都要兼顧的情況下，需要解決以下問題。 滾珠絲杠副的最大工作轉(zhuǎn)速不能超過產(chǎn)生共振的臨界轉(zhuǎn)速nc。nc與絲杠的材質(zhì)、螺紋小徑、兩端支承方式、支承間距等因素有關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，nc值也在不斷提高。 滾珠在螺紋滾道和返向裝置中既通暢又可靠地循環(huán)滾動(dòng)的安全轉(zhuǎn)速，可用類似軸承的d0n值表示(d0為滾珠絲杠的名義直徑，n為絲杠轉(zhuǎn)速)。要實(shí)現(xiàn)高速化，必須通過改進(jìn)滾珠螺母返向裝置、提高制造精度、安裝精度和支承剛度來提高d0n值?，F(xiàn)在d0n值已由70000提高到150000。 要解決高速化帶來的噪聲、溫升與熱變形。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)表明:當(dāng)未采取減噪、減振措施時(shí)，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速每增加1000r/mi

21、n，噪聲增高45db(a)，滾珠螺母的溫度升高56。 以上三點(diǎn)說明:只用增加絲杠的轉(zhuǎn)速來提高進(jìn)給驅(qū)動(dòng)速度是不明智的。為了改善滾珠絲杠副的加(減)速度特性，提高對(duì)運(yùn)動(dòng)指令的快速跟蹤能力，必須提高滾珠絲杠軸系的系統(tǒng)剛度和絲杠副的軸向剛度，減小起動(dòng)和停止瞬間彈性變形。 要解決滾珠絲杠副及周邊元件在高速運(yùn)行中的可靠性。1.2.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)高速化的基礎(chǔ) 適度增大滾珠絲杠副的導(dǎo)程pn和螺紋頭數(shù)是實(shí)現(xiàn)高速化的最佳選擇。我國早在1989年就完成了大導(dǎo)程滾珠絲杠副的“七五”攻關(guān)，螺旋升角為f917的大導(dǎo)程滾珠絲杠副已能批量生產(chǎn)。但是由于螺紋磨床傳動(dòng)鏈誤差“基因”的遺傳，導(dǎo)程越大，導(dǎo)程精度越難提高。因此，

22、兼顧精度的需求，導(dǎo)程pn的增大要適度，例如名義直徑與導(dǎo)程的匹配d0pn以40mm20mm，50mm25mm，50mm30mm等為宜，線速度均可達(dá)到60m/min以上。而采用雙頭螺紋是為了增加滾珠的有效承載圈數(shù)，從而提高絲杠副的剛度和承載能力，提高滾珠螺母在高速運(yùn)行中的平穩(wěn)性。雖然超大導(dǎo)程滾珠絲杠副(f17)可以獲得更高的線速度，但它很難滿足精度和加(減)速度的要求。 空心強(qiáng)冷。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)絲杠軸的熱變形是加工誤差的來源之一。同時(shí)為了提高系統(tǒng)剛性對(duì)絲杠軸預(yù)拉伸也會(huì)產(chǎn)生熱量。解決發(fā)熱問題的有效辦法是將冷卻液通入空心絲杠內(nèi)部進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)冷卻。空心絲杠軸還有助于減小高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的慣性，增加絲杠軸的扭曲剛

23、度。北京機(jī)床研究所曾于1997年與成都工具研究所合作，完成大型空心滾珠絲杠的深孔加工，并從中摸索出合金鋼精密深孔工藝的經(jīng)驗(yàn)，可在高速滾珠絲杠生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。 si3n4陶瓷與gcr15軸承鋼物理性能對(duì)比表滾動(dòng)體材料硬度 hrc密度 g/cm2彈性模量 n/mm2熱膨脹系數(shù) 10-6熱導(dǎo)率 w/(mk) gcr1562647.852.110512.441.8750.24 si3n4783.23.21053.429.31 在滾珠上做足文章。在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠的自旋速度、公轉(zhuǎn)速度、離心力、陀螺力矩都很大，滾珠相互間的撞擊、進(jìn)出反向機(jī)構(gòu)時(shí)的瞬間沖擊力也很大。解決這個(gè)問題有四個(gè)辦法:通過對(duì)滾珠鏈優(yōu)化計(jì)算

24、，適當(dāng)減小滾珠直徑;采用空心鋼球;將滾珠鏈中的滾珠按一大一小間隔排列;采用si3n4氮化硅陶瓷球。 從上表可看出：si3n4熱壓氮化硅陶瓷球具有硬度高、密度小(不到鋼球的一半)、彈性模量大、熱膨脹系數(shù)小、磨損慢和壽命高等特點(diǎn)，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可大大減小滾珠的離心力(見下圖)和進(jìn)出反向機(jī)構(gòu)的沖擊力，由于滾動(dòng)體的旋滾比(v自旋/(v滾動(dòng))減小，使自旋運(yùn)動(dòng)引起的滑移摩擦減少，從而降低絲杠副的噪聲和溫升，使d0n值得到提高。我國洛陽軸承研究所和山東工業(yè)陶瓷研究院等單位在“八五”期間就開展了陶瓷球和混合軸承的研究，深圳南玻結(jié)構(gòu)陶瓷公司已能生產(chǎn)3級(jí)精度的陶瓷球。圖1陶瓷球在滾動(dòng)軸承中減小離心載荷的對(duì)比試驗(yàn)(s

25、kf資料) 改進(jìn)滾珠螺母結(jié)構(gòu)。包括三個(gè)方面:改進(jìn)預(yù)加負(fù)荷的方式，對(duì)預(yù)緊力fp實(shí)施動(dòng)態(tài)控制。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為保持滾珠絲杠副在全行程范圍內(nèi)剛度和精度不發(fā)生變化，必須使fp不丟失，動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩tp恒定。國外研制出一種可在工作過程中連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)預(yù)緊力的裝置。該裝置包括調(diào)節(jié)器(壓電陶瓷)和傳感器，將其配置在雙螺母之間，當(dāng)預(yù)緊力fp在工作中發(fā)生變化時(shí)(絲杠中徑的不一致性也會(huì)導(dǎo)致fp變化)，由傳感器發(fā)出信號(hào)，利用cnc控制系統(tǒng)發(fā)出指令通過調(diào)節(jié)器的膨脹和壓縮對(duì)預(yù)緊力進(jìn)行適時(shí)補(bǔ)償。國內(nèi)華東理工大學(xué)曾在1990年前研制出pvf2壓電薄膜預(yù)緊力傳感器，可對(duì)預(yù)緊力直接測(cè)量。滾珠在進(jìn)出反向機(jī)構(gòu)時(shí)會(huì)重復(fù)產(chǎn)生布里涅耳(bri

26、nell)效應(yīng)，即布氏撞擊耗損，在高速時(shí)這種重復(fù)撞擊尤為明顯，并伴有噪聲。因此應(yīng)針對(duì)高速的要求對(duì)循環(huán)反向機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在這方面的工作包括:內(nèi)循環(huán)反向結(jié)構(gòu)及回珠槽曲線參數(shù)的優(yōu)化；采用高含油、高密度纖維減摩材料使?jié)L珠在循環(huán)時(shí)“軟著陸”；外循環(huán)導(dǎo)珠管采用高強(qiáng)度厚壁優(yōu)質(zhì)合金材料、加大曲率半徑、對(duì)管壁和管舌實(shí)施強(qiáng)化處理；反向器和導(dǎo)珠管在滾珠螺母體上的坐標(biāo)位置優(yōu)化布局等。其它減振減噪措施有：在滾珠螺母體周邊配置防噪聲套管；外插管的固定采用高強(qiáng)度工程塑料并將導(dǎo)珠管外露部分全部復(fù)蓋；在絲杠軸行程端部配置緩沖減振器等。 對(duì)滾珠絲杠副實(shí)施雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。用一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠軸。另一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)以相反方向

27、驅(qū)動(dòng)由軸承支撐的滾珠螺母，這樣在不增加絲杠轉(zhuǎn)速的情況下，工作臺(tái)的進(jìn)給速度幾乎可提高一倍。 當(dāng)絲杠行程很長(zhǎng)時(shí)，可將“絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)螺母移動(dòng)”的絲杠驅(qū)動(dòng)方式改為“絲杠固定，螺母一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊移動(dòng)”的螺母驅(qū)動(dòng)方式。其好處在于消除了臨界轉(zhuǎn)速nc的限制，避免了長(zhǎng)絲杠在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的一系列令人煩腦的問題。 采用pvd涂層改善滾珠絲杠副的摩擦特性。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹，在螺紋滾道、滾珠反向通道、鋼球表面采用pvd涂層可使高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力矩降低10%左右，并明顯減少鋼球在非純滾動(dòng)的“滑移”過程中對(duì)螺紋滾道的擦傷，降低溫升，提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，延長(zhǎng)使用壽命。當(dāng)采用導(dǎo)程pa=40mm時(shí)，移動(dòng)線速度可達(dá)120m/min。 1.

28、2.3提高工藝水平和制造質(zhì)量是高速化的關(guān)鍵 生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵工序?qū)崿F(xiàn)cnc化，包括cnc車削中心、cnc絲杠磨床、cnc內(nèi)螺紋磨削中心、cnc中頻淬火設(shè)備等。cnc絲杠磨床不但可獲得很高的導(dǎo)程精度、雙頭螺紋的分度精度，還可自動(dòng)補(bǔ)償由于砂輪磨損導(dǎo)致絲杠中徑尺寸的變化，而這恰恰是高速傳動(dòng)要求全行程內(nèi)預(yù)緊力矩和剛度穩(wěn)定所需要的。在cnc內(nèi)螺紋磨削中心上滾珠螺母一次安裝完成內(nèi)螺紋滾道和裝配基面的精磨，這將大大提高絲杠副在主機(jī)上的安裝精度，使高速傳動(dòng)更加平穩(wěn)。 采用cnc砂輪修正器或金剛滾輪可對(duì)大螺旋升角的雙圓弧齒形進(jìn)行矯正，可獲得高精度的滾道截形，使?jié)L珠與滾道的適應(yīng)度fr處于最佳狀態(tài)，從而提高接觸剛度

29、，改善滾珠在快速滾動(dòng)時(shí)的流暢性。如果再對(duì)螺紋滾道拋光或超精研拋，滾道表面粗糙度可達(dá)尺ra0.040.08m，滾珠與滾道的吻合度可提高20%左右，可大大降低高速運(yùn)行時(shí)的噪聲，增加疲勞強(qiáng)度。 為了確保高速運(yùn)行時(shí)的安全和可靠性，要從冷熱工藝入手嚴(yán)格控制產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，首先要嚴(yán)格控制原材料的品質(zhì)，其次要在冷熱加工的全過程實(shí)施“小變形無裂紋”工藝。采用cnc中頻淬火工藝既能達(dá)到硬度和硬化層深度的要求，還可減少淬火過程中的彎曲和軸向變形，使絲杠全長(zhǎng)上硬度均布。對(duì)滾珠螺母實(shí)施光亮(真空)淬火不但可減小變形、避免淬裂傾向，還能改善硬化層的質(zhì)量，提高疲勞壽命。 對(duì)于空心滾珠絲杠，采用bat內(nèi)排屑深孔鉆和df雙噴

30、油深孔鉆系統(tǒng)，能夠滿足高速滾珠絲杠對(duì)深孔的直線度、粗糙度以及與外圓同軸度的要求。 為提高滾珠絲杠副的初始接觸剛度，避免在工作中預(yù)緊力丟失，高速滾珠絲杠副在零件裝配后的加載跑合應(yīng)比一般產(chǎn)品要求更嚴(yán)格，跑合時(shí)間應(yīng)更長(zhǎng)。 滾珠絲杠副的功能從最初的“敏捷省能傳動(dòng)”到“精密定位”，再從“大導(dǎo)程高速驅(qū)動(dòng)”到“精密高速型”，是產(chǎn)品升級(jí)換代質(zhì)的飛躍。在線性伺服高速驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中，當(dāng)對(duì)性能價(jià)格比、切削加工時(shí)間與空行程時(shí)間的比例、加減速出現(xiàn)的頻率等進(jìn)行綜合分析后，考慮到節(jié)能和環(huán)保，人們更加關(guān)注精密高速滾珠絲杠副的發(fā)展。第二章 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副2.1滾珠絲杠螺母副的工作原理2.1.1滾珠絲杠螺母副的工作原理滾

31、珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理圖組成：主要由絲桿、螺母、滾珠和滾道（回珠器）、螺母座等組成。 工作原理：在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動(dòng)，并經(jīng)回珠管作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。 特點(diǎn)：傳動(dòng)效率高：機(jī)械效率可高達(dá)92%98%。 摩擦力?。褐饕怯脻L珠的滾動(dòng)代替了普通絲桿螺母副的滑動(dòng)。 軸向間隙可消除：也是由于滾珠的作用，提高了系統(tǒng)的剛性。經(jīng)預(yù)緊后可消除間隙。 使用壽命長(zhǎng)、制造成本高：主要采用優(yōu)質(zhì)合金材料，表面經(jīng)熱處理后獲得高的硬度。2.1.2滾珠絲桿螺母副的消隙（1）雙螺母墊片調(diào)隙：修磨墊片厚

32、度消隙 滾珠絲桿螺母副采用雙螺母結(jié)構(gòu)（類似于齒輪副中的雙薄片齒輪結(jié)構(gòu)）。通過改變墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，從而使兩個(gè)螺母分別與絲桿的兩側(cè)面貼合。當(dāng)工作臺(tái)反向時(shí)，由于消除了側(cè)隙，工作臺(tái)會(huì)跟隨cnc的運(yùn)動(dòng)指令反向而不會(huì)出現(xiàn)滯后。 (2)雙螺母螺紋調(diào)隙：(3)用鎖緊螺母消隙(4)差齒式調(diào)整法 圖示為利用兩個(gè)鎖緊螺母調(diào)整預(yù)緊力的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)工作螺母以平鍵與外套相聯(lián)，其中右邊的一個(gè)螺母外伸部分有螺紋。當(dāng)兩個(gè)鎖緊螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，正是由于平鍵限制了工作螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，才使得帶外螺紋的工作螺母能相對(duì)于鎖緊螺母軸向移動(dòng)。間隙調(diào)整好后，對(duì)擰兩鎖緊螺母即可。結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，應(yīng)用較廣。 雙螺母齒差調(diào)隙： 兩個(gè)工作螺母的

33、凸緣上分別切出齒數(shù)為z1、z2的齒輪，且z1、z2相差一個(gè)齒，即： z2-z1=1，兩個(gè)齒輪分別與兩端相應(yīng)的內(nèi)齒圈相嚙合，內(nèi)齒圈緊固在螺母座上。 設(shè)其中的一個(gè)螺母z1轉(zhuǎn)過一個(gè)齒時(shí)，絲桿的軸向移動(dòng)量為s1，則有： z1:1=t:s1 則s1=t/z1如果兩個(gè)齒輪同方向各轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，則絲桿的軸向位移為：s=s1-s2=t/z1-t/z2=t/z1z22.2兩種滾珠循環(huán)方式的工作原理絲杠（螺母）旋轉(zhuǎn)，滾珠在封閉滾道內(nèi)沿滾道滾動(dòng)、迫使螺母（絲杠）軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)。滾珠循環(huán)方式 滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式常用的有兩種：滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠

34、保持接觸的稱內(nèi)循環(huán)。滾珠絲杠螺母副的每個(gè)循環(huán)稱為一列，每個(gè)導(dǎo)程稱為一圈。2.2.1滾珠內(nèi)循環(huán)方式它采用圓柱凸鍵反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，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，以保持對(duì)準(zhǔn)螺紋滾道方向。在一個(gè)螺母上沿螺紋周向錯(cuò)開120，軸向錯(cuò)開 （t為導(dǎo)程），裝三個(gè)反向器，形成三圈滾珠循環(huán)。內(nèi)循環(huán)螺母結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，不易磨損，反回滾道短，不易產(chǎn)生滾珠堵塞，摩擦損失小。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造較困難。 內(nèi)循環(huán)的工作圈數(shù)是3列。 滾珠內(nèi)循環(huán) 2.2.2外循環(huán)方式這種結(jié)構(gòu)是在螺母體上軸向相隔2.5圈或3.5圈螺紋處鉆兩個(gè)孔與螺旋槽相切，作為滾珠的進(jìn)口與出

35、口。再用弧形銅管插入進(jìn)口和出口內(nèi)，形成滾珠返回通道，由彎管的端部來引導(dǎo)滾珠；這種彎管由兩半合成，采用沖壓件，工藝性好。外循環(huán)方式制造工藝簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛，但螺母徑向尺寸較大，因用彎管端部作擋珠器，故剛性差、易磨損，噪音較大。外循環(huán)的工作圈數(shù)是2.5圈或3.5圈 ，12列。 滾珠外循環(huán)2.3滾珠絲杠副的常見故障及排除方法表8-2滾珠絲杠副的常見故障及排除方法序號(hào)故障現(xiàn)象故障原因排除方法1 滾珠絲杠副噪聲 絲杠支承軸承的壓蓋壓合情況不好調(diào)整軸承壓蓋，使其壓緊軸承端面 絲杠支承軸承可能破裂如軸承破損，更換新軸承 電動(dòng)機(jī)與絲杠聯(lián)軸器松動(dòng)擰緊聯(lián)軸器鎖緊螺釘 絲杠潤(rùn)滑不良改善潤(rùn)滑條件，使?jié)櫥土砍渥?滾珠絲

36、杠副滾珠有破損更換新滾珠2滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)不靈活 軸向預(yù)加載荷太大調(diào)整軸向間隙和預(yù)加載荷 絲杠與導(dǎo)軌不平行調(diào)整絲杠支座位置，使絲杠與導(dǎo)軌平行 螺母軸線與導(dǎo)軌不平行調(diào)整螺母座的位置 絲杠彎曲變形調(diào)整絲杠3滾珠絲杠潤(rùn)滑狀況不良檢查各絲杠副潤(rùn)滑用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的絲杠，需移動(dòng)工作臺(tái)，取下罩套，涂上潤(rùn)滑脂2.3.1滾珠絲杠螺母副的維護(hù)（1.軸向間隙的調(diào)整保證反向傳動(dòng)精度和軸向剛度(墊片調(diào)隙式,螺紋調(diào)隙式,齒差調(diào)隙式)（2.支承軸承的定期檢查定期檢查絲杠支承與床身的連接是否有松動(dòng)以及軸承是否損壞滾珠絲杠螺母副的維護(hù)（3.滾珠絲杠副的潤(rùn)滑潤(rùn)滑劑(油/脂)可提高耐磨性和傳動(dòng)效率(工作前/半年)（4.滾珠絲杠的防護(hù)防止

37、硬質(zhì)灰塵或切屑污物的進(jìn)入,可采用防護(hù)罩或防護(hù)套管等滾珠絲杠螺母副的故障診斷2.3.2故障現(xiàn)象 故障原因（1.噪聲大絲杠支承軸承損壞或壓蓋壓合不好,聯(lián)軸器松動(dòng),潤(rùn)滑不良或絲杠副滾珠有破損（2. 絲杠運(yùn)動(dòng)軸向預(yù)緊太大,絲杠或螺母不靈活線與導(dǎo)軌不平行,絲杠彎曲 滾珠絲杠副在高速驅(qū)動(dòng)時(shí)主要存在的問題是：噪聲、溫升、精度。滾珠絲杠副噪聲產(chǎn)生的原因主要有：滾珠在循環(huán)回路中的流暢性、滾珠之間的碰撞、滾道的粗糙度、絲杠的彎曲等。滾珠絲杠副的溫升主要是由滾珠與絲杠、螺母、反向器之間的摩擦及滾珠之間的摩擦產(chǎn)生的。要解決上述問題首先應(yīng)從滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開始，對(duì)存在的問題采取措施；另一方面，從工藝上解決，通過合理

38、的工藝流程，提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量；選取適當(dāng)?shù)臐L珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩；減小滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量，使?jié)L珠絲杠副適應(yīng)高速驅(qū)動(dòng)的要求?？傊S著社會(huì)的不斷發(fā)展，用戶對(duì)滾珠絲杠副的要求越來越嚴(yán)，要求也多樣化，促使?jié)L珠絲杠生產(chǎn)廠不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量、開發(fā)新品種，以滿足用戶的需求2.4滾珠絲杠副的安裝 滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)元件。滾珠絲杠副有多種結(jié)構(gòu)型式。按滾珠循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類。外循環(huán)回珠器用插管式的較多，內(nèi)循環(huán)回珠器用腰形槽嵌塊式的較多。按螺紋軌道的截面形狀分為單圓弧和雙圓弧兩種截形。由于雙圓弧截形軸向剛度大于單圓弧截形，因此目前普遍采用雙圓弧截形的絲杠。 按預(yù)

39、加負(fù)載形式分，可分為單螺母無預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母加大鋼球徑向預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母差齒預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊。數(shù)控機(jī)床上常用雙螺母墊片式預(yù)緊，其預(yù)緊力一般為軸向載荷的1/3。滾珠絲杠副與滑動(dòng)絲杠螺母副比較有很多優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高、靈敏度高、傳動(dòng)平穩(wěn)：磨損小、壽命長(zhǎng)；可消除軸向間隙，提高軸向剛度等。 滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)廣泛應(yīng)用于中小型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)。在重型數(shù)控機(jī)床的短行程(6m以下)進(jìn)給系統(tǒng)中也常被采用。2.4.1滾珠絲杠副的安裝 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度之外，滾珠絲杠正確的安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。螺母座及支承座

40、都應(yīng)具有足夠的剛度和精度。通常都適當(dāng)加大和機(jī)床結(jié)合部件的接觸面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸強(qiáng)度，新設(shè)計(jì)的機(jī)床在工藝條件允許時(shí)常常把螺母座或支承座與機(jī)床本體做成整體來增大剛度。為了提高支承的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動(dòng)軸承也是十分重要的。國內(nèi)目前主要采用兩種組合方式。一種是把向心軸承和圓錐軸承組合使用，其結(jié)構(gòu)雖簡(jiǎn)單，但軸向剛度不足。另一種是把推力軸承或向心推力軸承和向心軸承組合使用，其軸向剛度有了提高，但增大了軸承的摩擦阻力和發(fā)熱而且增加了軸承支架的結(jié)構(gòu)尺寸。近年來國內(nèi)外的軸承生產(chǎn)廠家已生產(chǎn)出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向心推力球軸承，與一般的向心推力球軸承相比，接觸角

41、增大到60，增加了滾珠的數(shù)目并相應(yīng)減小滾珠的直徑。這種新結(jié)構(gòu)的軸承比一般軸承的軸向剛度提高了兩倍以上，而且使用極為方便，產(chǎn)品成對(duì)出售，而且在出廠時(shí)已經(jīng)選配好內(nèi)外環(huán)的厚度，裝配時(shí)只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊，就能獲得出廠時(shí)已經(jīng)調(diào)整好的預(yù)緊力。 滾珠絲杠副安裝方式通常有以下幾種：(1)雙推一自由方式 如圖8-8a所示，絲杠一端固定，端自由。固定端軸承同時(shí)承受軸向力和徑向力。這種支承方式用于行程小的短絲杠。 (2)雙推一支承方式 如圖8-8b所示，絲杠一端固定，另一端支承。固定端軸承同時(shí)承受軸向力和徑向力；支承端軸承只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動(dòng)，可以避免或減少絲杠因自重而出現(xiàn)的彎曲。同時(shí)

42、絲杠熱變形可以自由地向一端伸長(zhǎng)。 （3)雙推一雙推方式 如圖8-8c所示，絲杠兩端均固定。固定端軸承都可以同時(shí)承受軸向力和徑向力，這種支承方式，可以對(duì)絲杠施加適當(dāng)?shù)念A(yù)拉力，提高絲杠支承剛度，可以部分補(bǔ)償絲杠的熱變形。(4)采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)方式 如圖8-8d所示，此時(shí)，螺母一邊轉(zhuǎn)動(dòng)、一邊沿固定的絲杠作軸向移動(dòng)： 由于絲杠不動(dòng)，可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制，避免了細(xì)長(zhǎng)滾珠絲杠高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的種種問題。螺母慣性小、運(yùn)動(dòng)靈活，可實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。此種方式可以對(duì)絲杠施加較大的預(yù)拉力，提高絲杠支承剛度，補(bǔ)償絲杠的熱變形。2.4.2滾珠絲杠副的防護(hù)和潤(rùn)滑 (1)滾珠絲杠副的防護(hù) 滾珠絲杠副和其他滾動(dòng)摩擦的

43、傳動(dòng)器件一樣，應(yīng)避免硬質(zhì)灰塵或切屑污物進(jìn)入，因此必須裝有防護(hù)裝置。如果滾珠絲杠副在機(jī)床上外露，則應(yīng)采用封閉的防護(hù)罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管以及折疊式套管等。安裝時(shí)將防護(hù)罩的一端連接在滾珠螺母的側(cè)面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。如果滾珠絲桿副處于隱蔽的位置，則可采用密封圈防護(hù)，密封圈裝在螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈采用耐油橡膠或尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀；接觸式密封圈的防塵效果好，但由于存在接觸壓力，使摩擦力矩略有增加。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈，它采用硬質(zhì)塑料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣可避免摩擦力矩，但防塵效果差。工作中應(yīng)避免碰

44、擊防護(hù)裝置，防護(hù)裝置一有損壞應(yīng)及時(shí)更換。 (2)滾珠絲杠副的潤(rùn)滑 潤(rùn)滑劑可提高耐磨性及傳動(dòng)效率。潤(rùn)滑劑可分為潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂兩大類。潤(rùn)滑油一般為全損耗系統(tǒng)用油：潤(rùn)滑脂可采用鋰基潤(rùn)滑脂。潤(rùn)滑脂一般加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)，而潤(rùn)滑油則經(jīng)過殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)。每半年對(duì)滾珠絲杠上的潤(rùn)滑脂更換一次清洗絲杠上的舊潤(rùn)滑脂，涂上新的潤(rùn)滑脂。用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的滾珠絲杠副，可在每次機(jī)床工作前加油一次。2.4.3滾珠絲杠副在高速數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用高速加工是面向21世紀(jì)的一項(xiàng)高新技術(shù)，它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征，在航天航空、汽車工業(yè)、模具制造、光電工程和儀器儀表等行業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用

45、，并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。為了實(shí)現(xiàn)高速加工，首先要有高速數(shù)控機(jī)床。高速數(shù)控機(jī)床必須同時(shí)具有高速主軸系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)材料切削過程的高速化。為了實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給，國內(nèi)外有關(guān)制造廠商不斷采取措施，提高滾珠絲杠的高速性能。主要措施有：1)適當(dāng)加大絲杠的轉(zhuǎn)速、導(dǎo)程和螺紋頭數(shù)。目前常用大導(dǎo)程滾珠絲杠名義直徑與導(dǎo)程的匹配為：40mm20mm，50mm25mm，50mm30mm等，其進(jìn)給速度均可達(dá)到60m/min以上。為了提高滾珠絲杠的剛度和承載能力，大導(dǎo)程滾珠絲杠 一般采用雙頭螺紋，以提高滾珠的有效承載圈數(shù)。 2)改進(jìn)結(jié)構(gòu)，提高滾珠運(yùn)動(dòng)的流暢性。改進(jìn)滾珠循環(huán)反

46、向裝置，優(yōu)化回珠槽的曲線參數(shù)，采用三維造型的導(dǎo)珠管和回珠器，真正做到沿著內(nèi)螺紋的導(dǎo)程角方向?qū)L珠引進(jìn)螺母體中，使?jié)L珠運(yùn)動(dòng)的方向與滾道相切而不是相交。這樣可把沖擊損耗和噪聲減至最小。 3)采用“空心強(qiáng)冷”技術(shù)。高速滾珠絲杠在運(yùn)行時(shí)由于摩擦產(chǎn)生高溫，造成絲杠的熱變形，直接影響高速機(jī)床的加工精度。采用“空心強(qiáng)冷”技術(shù)，就是將恒溫切削液通入空心絲杠的孔中，對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，保持滾珠副溫度的恒定。這個(gè)措施是提高中、大型滾珠絲杠高速性能和工作精度的有效途徑。 4)對(duì)于大行程的高速進(jìn)給系統(tǒng)，可采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)方式。此時(shí)，螺母一邊轉(zhuǎn)動(dòng)、一邊沿固定的絲杠作軸向移動(dòng)，由于絲杠不動(dòng)，可避免受臨界轉(zhuǎn)

47、速的限制，避免了細(xì)長(zhǎng)滾珠絲杠高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的種種問題。螺母慣性小、運(yùn)動(dòng)靈活，可實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。 5)進(jìn)一步提高滾珠絲杠的制造質(zhì)量。通過采用上述種種措施后，可在一定程度上克服傳統(tǒng)滾珠絲杠存在的一些問題。日本和瑞士在滾珠絲杠高速化方面一直處于國際領(lǐng)先地位，其最大快速移動(dòng)速度可達(dá)60m/min，個(gè)別情況下甚至可達(dá)90m/min，加速度可達(dá)15m/s2。由于滾珠絲杠歷史悠久、工藝成熟、應(yīng)用廣泛、成本較低，因此在中等載荷、進(jìn)給速度要求并不十分高、行程范圍不太大(小于45m)的一般高速加工中心和其他經(jīng)濟(jì)型高速數(shù)控機(jī)床上仍然經(jīng)常被采用?？?結(jié)滾珠絲杠副是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理

48、想的產(chǎn)品。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是傳統(tǒng)滑動(dòng)絲杠的進(jìn)一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動(dòng)軸承對(duì)滑動(dòng)軸承所帶來得改變一樣。滾珠絲杠為適應(yīng)各種用途，提供了標(biāo)準(zhǔn)化種類繁多的產(chǎn)品。滾珠的循環(huán)方式有循環(huán)導(dǎo)管式、循環(huán)器式、端蓋式。預(yù)壓方式有定位預(yù)壓（雙螺母方式、位預(yù)壓方式）、定壓預(yù)壓?？筛鶕?jù)用途選擇適當(dāng)類型。滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn)1傳動(dòng)效率高達(dá)85%98%，是普通滑動(dòng)絲杠的24倍，2摩擦阻力小:靜摩擦阻力及動(dòng)靜摩擦阻力差值小，采用它是提高進(jìn)給系統(tǒng)靈敏度、定位精度和防止爬行的有效措施之一；3傳動(dòng)精度高，可消除傳動(dòng)間隙

49、，實(shí)現(xiàn)無間隙傳動(dòng)；由于效率高，無自鎖能力，故對(duì)于垂直使用的情況，應(yīng)增加自鎖裝置。4動(dòng)力更省驅(qū)動(dòng)力矩僅為滑動(dòng)絲杠副的1/3，具有較高的運(yùn)動(dòng)效率，可以更加省電。5、高精度的保證滾珠絲杠副都是由高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，制作精度更高。6、微進(jìn)給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。7、無側(cè)隙、剛性高滾珠絲杠副可以加預(yù)壓，由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性。8、高速進(jìn)給滾珠絲杠副由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小，所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng)) 。由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航天、航空、核

50、工業(yè)等領(lǐng)域?，F(xiàn)在，滾珠絲杠副已成為機(jī)械傳動(dòng)與定位的首選部件。致 謝論文能順利完成，是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)當(dāng)中我得到了許多人的幫助。首先非常感謝我的指導(dǎo)教師汪華娟。從課題的選取、研究、到總體設(shè)計(jì)的結(jié)束。她都幫助我解決了不少困難。為了我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，她到處給我們找資料，鼓氣。在設(shè)計(jì)中我遇到的一個(gè)大問題就是沒有設(shè)計(jì)電腦，汪老師就把學(xué)校的設(shè)備給我們拿出來搞設(shè)計(jì)。我羨慕汪老師，為了帶我們畢業(yè)生搞設(shè)計(jì)，她天天都要學(xué)習(xí)。每個(gè)學(xué)生的課題不一樣，但是他對(duì)每一個(gè)課題都要有獨(dú)到的見解。她平易近人，鼓勵(lì)我們積極的投入到設(shè)計(jì)中。隨時(shí)監(jiān)導(dǎo)我們的設(shè)計(jì)。在此，我向你表示我真誠的謝意！工程實(shí)訓(xùn)中心的許多老師從設(shè)計(jì)的開始到我們的畢業(yè)論文的

51、結(jié)束，教我們的機(jī)床操作。在設(shè)計(jì)中還有幫助我的身邊同學(xué)。在此，我感謝幫助我的人。當(dāng)然還有我的父母。10多年的默默辛勞，我要對(duì)你們說：“你們的付出是偉大的，你們的付出沒有白費(fèi)，因?yàn)槲液軤?zhēng)氣。”感謝我的老師，他們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 感謝我的老師，這片論文的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)。而你開開朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很快的融入我們這個(gè)新的實(shí)驗(yàn)室. 感謝我的室友們，從遙遠(yuǎn)的家來到這個(gè)陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。三年了，仿佛就在昨天。三年里，我

52、們沒有紅過臉，沒有吵過嘴，沒有發(fā)生上大學(xué)前所擔(dān)心的任何不開心的事情。只是今后大家就難得再聚在一起吃每年元旦那頓飯了吧，沒關(guān)系，各奔前程，大家珍重。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意！參考文獻(xiàn)1許鎮(zhèn)宇.機(jī)械零件.北京：高等教育出版社，1983；2孔慶復(fù).計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1994；3雷宏.機(jī)械工程基礎(chǔ).哈爾濱：黑龍江出版社 2002；4王中發(fā).實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì).北京：北京理工大學(xué)出版社 1998；5 唐宗軍.機(jī)械制造基礎(chǔ).大連：機(jī)械工業(yè)出版社 1997；6吳祖

53、育，秦鵬飛.數(shù)控機(jī)床.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2003；7許翔泰，劉艷芳. 數(shù)控加工編程實(shí)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社2000；8吳明友.數(shù)控機(jī)床加工技術(shù) 東南大學(xué)出版社.江蘇：2000；9王寶成.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2000；10廖效果，朱啟俅.數(shù)字控制機(jī)床.江西：華中科技大學(xué)出版社，2002；11王衛(wèi)兵.數(shù)控編程100例.機(jī)械工業(yè)出版社，2004；12張樹森.機(jī)械工程學(xué).遼寧；東北大學(xué)出版社，2001；13應(yīng)云天.俄文翻譯手冊(cè).北京：高等教育出版社，1999；14金蓓.數(shù)控加工的編程技巧.航空精密制造技術(shù).成都：2002，2；15 鄧星鐘. 機(jī)電傳動(dòng)控制(第三版).

54、武漢: 華中科技大學(xué)出版社, 2001付：外文翻譯 電火花加工 電火花加工法對(duì)加工超韌性的導(dǎo)電材料（如新的太空合金）特別有價(jià)值。這些金屬很難用常規(guī)方法加工，用常規(guī)的切削刀具不可能加工極其復(fù)雜的形狀，電火花加工使之變得相對(duì)簡(jiǎn)單了。在金屬切削工業(yè)中，這種加工方法正不斷尋找新的應(yīng)用領(lǐng)域。塑料工業(yè)已廣泛使用這種方法，如在鋼制模具上加工幾乎是任何形狀的模腔。 電火花加工法是一種受控制的金屬切削技術(shù)，它使用電火花切除（侵蝕）工件上的多余金屬，工件在切削后的形狀與刀具（電極）相反。切削刀具用導(dǎo)電材料（通常是碳）制造。電極形狀與所需型腔想匹配。工件與電極都浸在不導(dǎo)電的液體里，這種液體通常是輕潤(rùn)滑油。它應(yīng)當(dāng)是點(diǎn)

55、的不良導(dǎo)體或絕緣體。 用伺服機(jī)構(gòu)是電極和工件間的保持0.00050.001英寸（0.010.02mm）的間隙，以阻止他們相互接觸。頻率為20000hz左右的低電壓大電流的直流電加到電極上，這些電脈沖引起火花，跳過電極與工件的見的不導(dǎo)電的液體間隙。在火花沖擊的局部區(qū)域，產(chǎn)生了大量的熱量，金屬融化了，從工件表面噴出融化金屬的小粒子。不斷循環(huán)著的不導(dǎo)電的液體，將侵蝕下來的金屬粒子帶走，同時(shí)也有助于驅(qū)散火花產(chǎn)生的熱量。 在最近幾年，電火花加工的主要進(jìn)步是降低了它加工后的表面粗糙度。用低的金屬切除率時(shí)，表面粗糙度可達(dá)24vin.(0.050.10vin)。用高的金屬切除率如高達(dá)15in3/h(245.8

56、cm3/h)時(shí)，表面粗糙度為1000vin.(25vm)。 需要的表面粗糙度的類型，決定了能使用的安培數(shù),電容,頻率和電壓值?？焖偾谐饘伲ù智邢鳎r(shí)，用大電流,低頻率,高電容和最小的間隙電壓。緩慢切除金屬（精切削）和需獲得高的表面光潔度時(shí)，用小電流,高頻率,低電容和最高的間隙電壓。 與常規(guī)機(jī)加工方法相比，電火花加工有許多優(yōu)點(diǎn)。 1 . 不論硬度高低，只要是導(dǎo)電材料都能對(duì)其進(jìn)行切削。對(duì)用常規(guī)方法極難切削的硬質(zhì)合金和超韌性的太空合金，電火化加工特別有價(jià)值。 2 . 工件可在淬火狀態(tài)下加工，因克服了由淬火引起的變形問題。 3 . 很容易將斷在工件中的絲錐和鉆頭除。 4 . 由于刀具（電極）從未與工件接觸過，故工件中不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。 5 . 加工出的零件無毛刺。 6 . 薄而脆的工件很容易加工，且無毛刺。 7 . 對(duì)許多類型的工件，一般不需第二次精加工。 8 .隨著金屬的