车床滚珠丝杠副的结构与调整

(1)螺纹滚道型面的形状

螺纹滚道型面的形状有很多种，目前国内正式投产的，仅有单圆弧型面和双圆弧型面两种，如下图所示。滚珠与滚道型面接触点法线与丝杠轴线的垂线之间的夹角，称为接触角。

车床滚珠丝杠副的结构与调整-螺纹滚道型面的形状

（2）单圆弧型面

一般滚道的圆弧半径要比滚柱的半径稍大一些。对于单圆弧型面的螺纹滚道，接触角是随着轴向负载大小而变化的，当轴向负载为零时，接触角也为零；当负载逐渐增大，接触角也逐渐增大。实验证明：当接触角增大时，传动效率，轴向刚度，承载能力都随之增大。

（3）双圆弧型面

双圆弧型面螺纹滚道的接触角是不变的。在偏心距（e）决定后，滚珠与滚道的圆弧角接处，会有很小的空隙。这些空隙虽然能容纳一些脏物，但不至于堵塞，反而对滚柱的滚动有利。从传动效率，轴向刚度，承载能力等要求出发，接触角大一些好，但接触角过大制造就会困难。一般接触角为?45，滚道的圆弧半径也同样比滚柱的半径稍大一些。我在设计中采用的是双圆弧型面。

滚珠的循环方式

目前国内常用的滚珠循环方式由外循环和内循环两种。

（1）外循环方式

如图所示为外循环方式，滚柱在循环过程中与丝杠脱离接触，通过外面的循环回路称为外循环（W系列）。这种外循环是直接在螺母的外圆上铣出螺旋槽，用挡珠器从螺母内部切断螺纹滚道，挡珠滚珠的去路，迫使滚珠导入通向外圆螺旋槽中，构成了外面的旋环回路。外循环的结构和制造较为简单容易，因此应用较广，他可以制成单列或式双列两种的结构形式。

车床滚珠丝杠副的结构与调整-螺纹外循环方式

（2）内循环方式

滚柱在循环过程中与丝杠始终保持接触的称为内循环（N系列），如图所示。这种内循环是在螺母外侧孔中装了一个接通相邻滚道的反向器，借助这个反向器迫使滚珠翻过丝杠的牙顶，而进入相邻的滚道。内循环滚珠丝杠副回路短，工作滚珠数目少，结构尺寸紧凑，流畅性好，摩擦磨损小，传动效率高，轴向刚度和承载能力都较高，具有一系列优点。因此，我在本设计中采用的都是内循环方式。

滚珠丝杠转动不灵活故障

某数控车床的滚珠丝杠转动不灵活，工作时有爬行现象。经检查发现丝杠螺母轴线与导轨不平行。调节螺母的支座位置使之平行，则故障排除。滚珠丝杠转动不灵活故障原因及排除方法有以下几种：

（1）丝杠弯曲变形。排除方法为：校直丝杠。

（2）丝杠与导轨不平行。排除方法：调整丝杠支座位置，使丝杠与导轨平行。

（3）轴向预加载荷太大。排除方法：调整轴向间隙和预加载荷。

（4）螺母轴线与导轨不平行。排除方法：调整螺母座的位置，使螺母轴线与导轨平行。

滚珠丝杠副的噪声故障

某数控车床的滚珠丝杠工作时噪声大，拆卸检查后发现，丝杠支承轴承跑内圈，同时有两个滚珠破损，更换轴承后故障消除。滚珠丝杠副噪声大的故障原因及排除方法有以下五种：

（1）滚珠丝杠副滚珠有破损。排除方法：更换新滚珠。

（2）丝杠润滑不良。排除方法：改善润滑条件，使润滑油量充足。

（3）丝杠支承轴承可能破损。排除方法：更换破损轴承。

（4）电动机与丝杠联轴器松动。排除方法：拧紧联轴器锁紧螺钉。

（5）丝杠支承轴承的压盖压合情况不良。排除方法：调整轴承压盖，使其压紧轴承端面外滚道。

滚珠丝杠引起的工作台故障

某数控车床，以自动或手动方式运行时，发现工作台Y轴方向位移过程中产生明显的机械抖动故障，故障发生时系统不报警，故障分析如下：

（1）因故障发生时系统不报警，同时观察CRT显示出来的Y轴位移脉冲数字量的变化速率均匀，故可排除系统软件参数与硬件控制电路的故障影响。

（2）因故障发生在Y轴方向，故可采用交换法判断故障部位，即利用数据伺服系统中那些电路参数及功能基本相同的控制忧PCB板（印制电路板）、功能模块、集成电路芯片、功率驱动板、电动机或其他零部件，按诊断维修要求，进行有序的相互交换、对比等方法，观察与测量数控机床工作台轴向运行情况的变化，尤其是故障的轴向转移变化情况，从而达到快速分析、判断与确定故障部位的方法。经交换法检查判断，故障部位在Y轴直流伺服电动机与丝杠传动链路一侧。

（3）脱开挠性联轴器后，可采用扳手转动滚珠丝杠进行手感检查。通过手感检查，可感觉到这种抖动故障的存在，且丝杠的全行程范围均有这种异常现象，故怀疑滚珠丝杠副及有关支承有问题。

滚珠丝杠会产生哪些障碍

（4）为区分机电故障，可拆开电动机与滚珠丝杠间的挠性联轴器，单独对电动机进行通电检查判断，这种通电检查要在手动方式下进行。检查结果表明，电动机运转时无振动现象，显然故障部位在机械传动链路内。

（5）将滚珠丝杠拆开检查，发现丝杠＋Y方向的平面轴承有问题，在其轨道表面上呈现明显的压印痕迹。将损伤的轴承更换后，故障排除。

（6）故障分析。Y轴方向上平面轴承出现的压印痕迹，只有在受到丝杠的轴向冲击力时才有可能产生，对拆卸结果进行分析，故障只有在＋Y轴方向发生超程时才可能产生。为防止上述故障再次发生，须仔细检查＋Y轴方向上的减速、限位行程开关是否存在机械松动或电气失灵故障。

滚珠丝杠副的维护与保养

（1）轴向间隙的消除。

滚珠丝杠副拆装后，为保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。双螺母滚珠丝杠副消除间隙的方法为，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺纹滚道的两个相反的侧面上。用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过大，否则会使空载力矩增加，从而降低传动效率。

（2）滚珠丝杠副的润滑。

可用润滑脂和润滑油润滑。润滑脂一般加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则经过壳体上的油孔注入螺母的空间内。应每半年对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次，清洗丝杠上的旧润滑脂，涂上新的润滑脂。用润滑油润滑的滚珠丝杠副，可在每次机床工作前加油一次。

（3）滚珠丝杠副的防护。

滚珠丝杠副应避免灰尘或切屑、污物等进入。如果滚珠丝杠副在机床上外露，应采用防护罩封闭，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管或折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝杠处于隐蔽的位置，则可采用密封圈防护，将密封圈装在螺母的两端。接触式密封圈防尘效果好，但因有接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触密封可避免摩擦力矩，但防尘效果稍差。工作时耍避免碰击防护装置，防护装置有损坏要及时更换。
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