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                        機床中高效精密地裝配滾珠絲杠副

                            

                        滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動體的螺旋傳動元件,它將普通絲杠的滑動摩擦變為滾動摩擦,它是一種精密、高效率、高剛度、高壽命且節能省電的先進傳動元件,可將電動機的旋轉運動轉化為工作臺的直線運動,因此廣泛應用在各行各業,特別是機械制造業數控機床及加工中心上,為主機的高效高速化提供了良好的條件。隨著數控機床和加工中心工作精度要求的日益提高,滾珠絲杠副的高精度化成為發展的必然趨勢,其在主機上的安裝精度也逐漸成為裝配中的重要問題。為了達到機床坐標位置精度的要求,減少絲杠繞度,防止徑向偏差和偏置載荷,降低絲杠軸系各環節的升溫與熱變形,最大限度的減輕伺服電機的傳動扭矩并提高機床連續工作的可靠性,就必須提高滾珠絲杠副在機床上的安裝精度。

                        機床滾珠絲杠副常用的安裝方式:     滾珠絲杠副常用的安裝方式通常有以下幾種:固定--固定;固定--支撐;固定-自由;支撐--支撐

                        大型臥式加工中心,是具有高性能、高剛性和高精度的機電一體化的高效加工設備,是加工各類高精度傳動箱體零件及其他大型模具的理想加工設備。它的三個坐標方向均采用伺服電機帶動滾動絲杠傳動,三個坐標方向,即X、Y、Z三軸。由于滾珠絲杠副的結構特點,使主機上三個方向的滾珠絲杠副的安裝變得特別關鍵。

                        一、用舊方法安裝滾珠絲杠副存在缺陷:

                        1、按照傳統的工藝方法,安裝滾珠絲杠副一直沿用芯棒和定位套將兩端支承軸承座及中間絲母座連接在一起校正、用百分表將芯棒軸線與機床導軌找正平行并令芯棒傳動自如輕快的方法。這種安裝方法在三個坐標方向行程較小的小型數控機床和加工中心上應用較方便。由于芯棒與定位套、定位套與兩端支承的軸承孔以及中間的絲母座孔存在著配合間隙,往往使安裝后的支承軸承孔和絲母座孔的同軸度誤差較大,造成絲杠繞度增大、徑向偏置載荷增加、引起絲杠軸系各環節的溫度升高、熱變形變大和傳動扭矩增大等一系列嚴重后果,導致伺服電機超載、過熱,伺服系統報警,影響機床的正常運行。另外,兩端軸承孔與中間絲母座孔的實際差值無法準確測量,從而影響進一步的精確調整。對于三個坐標方向行程較大的數控機床和加工中心,由于所需芯棒多在1500mm以上,加工困難,不易保證精度,因此無法采用芯棒與定位套配合的找正方法進行滾珠絲杠副的安裝。

                        在生產某型臥式加工中心時,由于機床的三個坐標行程較大,采用傳統工藝方法安裝的過程中,由于兩端軸承孔與中間絲母座孔同軸度超差,造成滾珠絲杠徑向和偏置載荷增加,經常出現伺服電機超載、過熱,伺服系統報警等現象,使機床無法連續運行,同時嚴重影響滾珠絲杠副的使用壽命和傳動精度,縮短了主機的維修周期。

                        2、利用其他裝配方法,如采用移動滑鞍,縮短絲母座與軸承座的距離,將絲母座與兩端軸承座分別找正的方法,由于需要兩段分別找正,加上檢棒和檢套的配合間隙,實際應用效果也不理想,同樣存在上述問題。

                        二、新的裝配工藝方法:

                        通過對該產品的現場技術攻關,經過多次反復的摸索與生產驗證,總結出一條比較可靠的裝配工藝方法。

                        1、首先,采用整體式專用芯棒將絲母座孔校正,使其與基準導軌的正、側向平行度在0.01mm以內;

                        2、把絲母座固定后,采用專業測量夾具實際測量出絲母座孔距基準導軌的正、側向距離;然后,同樣采用整體式專用檢棒將軸承孔與基準導軌的正、側向平行度找正在0.01mm以內,采用專用測量夾具實際測量出軸承孔距基準導軌的正、側向距離,要求絲母孔與基準導軌正、側向距離一致,允差為0.01mm;將軸承座固定。這種方法采用整體式專用檢棒,不僅長度短小,而且將芯棒和定位套合二為一,消除了芯棒與定位套之間的配合間隙,可靠保證了軸承孔、絲母座孔與導軌的平行度;

                        3、通過實際距離的測量,使兩端軸承支承孔與絲母座孔的同軸度也得到了可靠的保證,這樣就降低了滾珠絲杠副的繞度和徑向偏置載荷,提高了絲杠副的安裝精度。

                        4、另外,在安裝滾珠絲杠的過程中,必須嚴格控制滾珠絲杠的軸向竄動量,此項技術指標將直接影響滾珠絲杠進給系統的傳動位置精度。根據現場實際驗證表明:首先,要將安裝伺服電機端的軸承座內的軸承裝配好,其在滾動絲杠傳動過程中起主要作用,將滾珠絲杠的軸向竄動量控制在0.015~0.02之間;然后,再將另一端軸承座內的軸承裝配好,使軸向竄動量控制在0.01以內。這樣就能有效保證滾珠絲杠進給系統的剛度和精度。

                        5、滾珠絲杠軸的預拉伸也是非常必要的。為了提高滾珠絲杠進給系統的剛度和精度,給絲杠軸實施預拉伸是非常有效的,但由于絲杠軸的各斷面不同,而溫升值又不易精確設定,所以按有關文獻計算得出的預拉力只能作為參考量。在生產中常常是把具有負值方向的目標值的絲杠軸進行預拉伸,使機床工作臺的定位精度曲線的走向接近水平。

                        三、結論:

                        在生產中,通過采用上述新工藝方法裝配的某大型加工中心的三個坐標方向的滾珠絲杠的空載扭矩均明顯降低,空載電流也顯著減小,伺服電機及伺服系統工作正常,未出現三個坐標方向的伺服報警,機床可連續運行72h以上。上述結果充分說明采用新工藝方法,能有效保證滾珠絲桿副的安裝精度,另外,該方法還不受機床行程大小的限制。機床行程越大,越能突顯其優勢,為大型數控機床和加工中心滾珠絲杠副的安裝提供了一種有效且可靠的方法。


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