机床导轨安装调整方法(数控机床中滚珠丝杠的选用与校核安装)

Posted 2023-05-29

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机床导轨安装调整方法(数控机床中滚珠丝杠的选用与校核安装)

随着数控机床高速高精度的发展的需要，滚珠丝杠作为数控机床的主要进给功能部件之一，为确保机床传动精度，其选型及安装显得尤为重要。数控机床滚珠丝杠副在选型及安装上一些基本方法。滚珠丝杠副参数的选择及预拉伸安装方法，确保滚珠丝杠副在合理的温升范围内满足工作要求。

随着汽车、国防、航空、航天等工业技术高速发展，各种高性能合金材料的大量应用，对数控机床加工的高速化、高精度化要求越来越高。滚珠丝杠副作为数控机床的主要进给功能部件，其选用及安装将直接影响到数控机床的性能指标。只有正确选用和合理安装滚珠丝杠副，才能确保机床在合理的温升范围内保持较高进给精度。

滚珠丝杠副是由滚珠、丝杠、螺母等组成的机械元件，是将回转运动直接转化为直线运动或将直线运动转化为回转运动的理想产品，是对传统丝杠的进一步发展。滚珠丝杠副因优良的摩擦特性，广泛应用于工业设备、精密仪器、精密数控机床等机械设备中。滚珠丝杠副作为机床直线驱动执行元件，极大的推动了机床行业的数控化发展。

究其原因主要是滚珠丝杠具有以下几个方面的优良特性：传动效率高，一般可达92%～98%，是滑动丝杠传动的2～4倍；运动平稳、摩擦力小、灵敏性高、低速无爬行；可以预紧、消除丝杠副间隙提高轴向接触刚度；定位精度和重复定位精度高；使用寿命为普通丝杠的4～10倍；同步性好，用几个相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性。

滚珠丝杠副主要是用来实现数控机床移动部件的进给和准确精确定位，滚珠丝杠副的精度将直接影响数控机床各坐标轴的定位精度。滚珠丝杠副的选用总体应依据机床的载荷和定位精度而定。在设计和选用滚珠丝杠副时，需要确定的参数有：丝杠导程、公称直径D、螺母型式、螺纹长度、丝杠副的精度等级等主要参数。

滚珠丝杠螺母有各种结构形式。按滚珠循环方式分外循环和内循环两大类，外循环回珠器用插管式较多，内循环回珠器用腰槽式较多，内循环滚珠丝杠副的螺母安装直径紧凑，因此得到广泛应用。按预加负载形式可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球径向预紧、双螺母垫片预紧、双螺母齿差预紧、双螺母螺纹预紧。由于数控机床对滚珠丝杠副的刚度有较高要求，故选择螺母时要注重其刚度的保证。推荐按高刚度要求选择内循环双螺母垫片式预紧的螺母型式,其预紧力一般为轴向载荷F的1/3。

滚珠丝杠是驱动移动部件实行直线运动，达到设备所要求的行程并确保在行程范围内保持很好的精度，通常这个行程是由控制系统软件来给定的，为确保设备使用的安全，通常在软件控制行程范围以外要有机械限位，即有一个机械最大程，另外受滚珠丝杠轴加工工艺的影响，加工螺纹端部因出刀的原因会导致端部有部分螺纹精度达不到加工精要求，所以实际螺纹长度基础是增加2～4导程。

滚珠丝杠公称直径D是指滚珠中心圆的直径，根据承受的载荷来选取。一般应根据丝杠的承载能力和刚度要求，首先估算滚珠丝杠轴的最小底径d(按两端固定支承方式)：值得注意的是丝杠精度中的导程误差对机床定位精度影响最明显，而丝杠在运转中由于温升引起的丝杠伸长，将直接影响机床的定位精度。通常需要把导程值预先置为负值，称为丝杠的方向目标T。用户在定购滚珠丝杠时，必须提出滚珠丝杠的方向目标值。

为了满足高精度、高刚度进给系统的要求，除了要采用高精度、高刚度的滚珠丝杠副外，还必须重视支承结构的设计；注意选用轴向刚度高、摩擦力矩小、运转精度高的轴承。滚珠丝杠副常见的支承型式有三种：固定—固定安装，固定—支持安装，固定—自由安装。其中两端固定的支承形式，刚性最高同时可实现预拉伸，是数控机床滚珠丝杠副支承常用型式。

数控机床滚珠丝杠副支承轴承一般选用60°接触角推力角球轴承，该轴承是滚珠丝杠副配套用支承轴承。具有以下特点：既能承受轴向载荷又能承受径向载荷；根据载荷形式轴承可以进行各种组合；轴承在按规定的预紧力供应的使用时不需要进行调整。

数控机床在进给过程中产生精度误差的主要原因有导轨本身的精度和进给系统的刚性。这些可以通过产品的设计和加工得到解决。而对于滚珠丝杠副，虽然在设计选用中考虑过温升产生的位移变化，导程值预先置为负值并经过精密加工达到较高的精度，但机床在使用过程中滚珠丝副的温升与丝杠副的转速及周围环境温度变化密切相关，即温升不是一个固定不变的数值，丝杠因温升产生不确定性的热变形而无法满足高精度的定位要求，从而影响机床的进给精度。所以在丝杠的安装上必须考虑采用预拉伸安装方式，通过对滚珠丝杠进行一个固定值（方向目标T）预拉伸量，使导程达到理想值，同时丝杠内部产生了一定的拉应力，这样在机床使用过程中，丝杠因温度升高产生的热应力会与预拉伸产生的拉应力相互抵消，滚珠丝杠不产生热伸长。从而使得滚珠丝杠副在一定的温升范围内有很好的精度保持性。