加工中心滾珠絲杠的應用

滾珠絲杠是因滾動接觸而起動摩擦極小、對輸入（rù）敏感而可以動作準確，所以可以精細（xì）控製微小（xiǎo）運動。滑動（dòng）螺絲是如軸向遊隙變小就回轉也變重，但滾珠絲杠的（de）鋼球與螺絲溝為點接觸，因而即使預壓狀態也能實現圓滑動作。滾珠絲杠是通（tōng）過（guò）選（xuǎn）擇各種厚度的墊片（piàn），可以精細調整對兩個螺母的預壓，選擇適當的預壓容易得（dé）到高鋼性（xìng）。另外，選（xuǎn）擇單螺母就可以（yǐ）實現無遊隙（xì）的狀態。滾珠絲杠是因對整個滾（gǔn）動部分的表麵上進行淬火硬化處理，磨損小，能保持初期的精度，可（kě）以長期（qī）使用。

關鍵詞: 滾珠絲杠; 類型選用; 精度檢測

1、 引言

人們應用螺杆來做傳動的曆史其實不算很長，傳統上的螺（luó）杆一直（zhí）有定位不佳、易損害的情（qíng）況。直 到1898 年（nián），人們才首次（cì）嚐試將鋼珠置入螺帽及螺杆之間以滾動摩擦取代滑動摩擦，來改善其定位不佳及易損害的情況。1940 年更將滾珠螺杆置於在汽車轉向裝置上，更為滾珠螺杆的應用上的巨大（dà）革命，並逐漸取代傳統艾克姆螺杆（gǎn）( ACME) 。直到近年來，滾珠螺杆已成（chéng）為產業界使（shǐ）用最廣的零組件之一。

2、滾珠絲杠的類型、結構與技術特點

2.1 滾珠絲杠的類型（xíng）

根據（jù）加工製造方法及精（jīng）度的區（qū）別，目前市場上的滾珠絲杠機構主要有以（yǐ）下兩種類型: 磨（mó）製滾珠絲杠、軋製滾珠（zhū）絲杠。

滾珠（zhū）的循環方式有循環導管式、循環器（qì）式、端蓋式。預（yù）壓方式有定位預壓( 雙螺（luó）母方式、位預壓方式) 、定壓預壓。可根據用途選擇適當類（lèi）型。

滾珠絲杠機構作為一種高精度的傳動部件，大量應（yīng）用在數控機床、自動化加工中心電子精密機械進給機構、伺服機械手、工業裝（zhuāng）配機（jī）器人、半導體生產設備、食品加工與包裝、醫（yī）療設備等各種領域。

2．2 滾珠絲杠的結構（gòu）

如果將滾珠絲杠（gàng）機構沿縱（zòng）向剖開，可以看到它主要由絲杠、螺母、滾珠、滾珠回（huí）流管、防（fáng）塵等組成。

1 － 油孔; 2 － 曲折式防塵片; 3 － 樹脂;4 － 滾（gǔn）珠回流管; 5 － 螺母; 6 － 滾珠; 7 － 絲杠

圖（tú） 1 滾珠絲杠機構結構組成

在圖 1 中，各部分（fèn）結構的作用詳述如下:

( 1) 絲杠屬（shǔ）於轉動部件，是一種直線度（dù）非常高、上麵加工（gōng）有半圓形螺旋槽（cáo）的螺紋，半圓形螺旋槽是滾珠滾動的滾道。絲杠具有很高的硬度，通常在表麵淬火後再進行磨削（xuē）加工保證具有優良的耐磨性能（néng）。絲杠一般與驅動部（bù）件連接在一起，絲杠的轉動由電機直接或間接驅動。既可（kě）以采（cǎi）用（yòng）直聯的方法，即將電機輸出軸通過（guò）專用的彈（dàn）性聯軸器與絲杠相聯傳（chuán）動比為 1; 也可以通過其他的傳動環節使電（diàn）機輸出軸與絲杠相連，例如同步帶、齒輪。

( 2) 螺母是用來（lái）固（gù）定需要移動的負載的，其作用類似於直線導軌機構的滑塊。一般（bān）將所需要移動的各種負載( 例如工作台、移動滑塊) 與螺母連接在一起，再（zài）在工作台或移動滑塊（kuài）上安裝各種執行機構螺母（mǔ）內部加工有與絲杠類似的半圓形滾道，而（ér）且設（shè）計有（yǒu）供滾珠循環運動的回流管，螺母是滾珠絲杠機構的重（chóng）要部件（jiàn），滾珠（zhū）絲杠機構的性能與質量很大程度上依賴於螺母。

( 3) 防塵片的作用為防止外部汙染物進入螺母內部。由於滾珠絲杠機構屬於精密部件如果在使用時汙染物( 例如灰塵、碎屑（xiè）、金屬渣等) 進（jìn）入螺母，可能會使滾珠絲杠運動副嚴重磨損，降低機構的運動精（jīng）度及使用壽命，甚至使絲（sī）杠或其他部件發生損壞（huài），因此必須對絲杠螺母進行密封，防止汙染物進入螺母。

( 4) 滾珠在滾珠絲杠機構中，滾珠的（de）作用與其在直（zhí）線導軌、直線軸承中的作用是（shì）相同的（de），滾珠作為承載體的一部（bù）分，直接承受，同時又作為中間傳動元件，以滾動的方式傳遞運動。由於以滾動方式運（yùn）動，所以摩擦非常小。

( 5) 油孔滾珠（zhū）絲杠機構運行時需要良好的潤滑，因此（cǐ）應定期加注潤滑油或潤滑脂。油孔供加潤滑油。

2． 3 滾珠絲杠有如下特點

( 1) 驅動扭矩小

由於滾珠絲杠機構運行時滾珠（zhū）沿絲杠與螺母共（gòng）同（tóng）組成的螺旋滾道作滾（gǔn）動運動，運動阻（zǔ）力極小，驅（qū）動扭（niǔ）矩僅為螺紋絲杠機構的 1 /3 以下，隻需要很小的驅動功率。

 ( 2) 運動可逆

滾珠絲杠機構不僅可以將絲杠的旋轉（zhuǎn）運動轉換為螺母( 及負載滑塊) 的直線運動，也可以很容易地將螺母的直（zhí）線運動轉換為絲杠的旋轉運動。

( 3) 高精度

滾珠絲杠機構在加（jiā）工、組裝、檢測（cè）等環節都經過嚴（yán）格的控製，屬於高精度的（de）傳動機構（gòu），加（jiā）上運行時發熱較（jiào）少，可以（yǐ）實現很高的（de）傳動精度，使負載精（jīng）確（què）定位。

( 4) 能微量進給

由於滾珠絲杠機構中的滾珠為滾動運動方式，啟動扭矩極小，不會出現如滑動運（yùn）動中容易出現的（de）低（dī）速蠕動或爬行現象，所以能實現高精度微量進給，最小進給量可達 0． 1pm。

( 5) 高剛性

如果滾珠絲杠機構存在軸向間隙，當改變（biàn）軸向負載的方向時，上述軸向間隙就（jiù）成為負載運動誤差的重要來源。通過對滾珠絲杠機構施加預壓，可以使上述軸向間隙為零或零以下( 負間隙) ，從而獲得高剛性，提高機（jī）構在負載狀態下的（de）運動精度。

( 6) 能高速進給

由於滾珠絲杠機（jī）構可以製造成較大（dà）的導程，傳動效率高，發（fā）熱低，因而（ér）能（néng）實現高速進給。在保證低於滾珠絲杠機構臨界轉速的（de）前提下（xià），大（dà）導程滾珠絲杠（gàng）副可以實現 100m /min 甚至更高的進給速度。

( 7) 傳動效率高

通常在（zài）螺紋絲杠機構中僅能夠達到 20% ～40% 的機械傳動效（xiào）率，而滾珠絲杠機構可以獲得很高的機械傳（chuán）動效率，最高（gāo）可以達到 98% 。

( 8) 使用壽命長（zhǎng）

幾乎在沒（méi）有磨損（sǔn）的狀態下（xià）運行，因（yīn）而（ér）可以達到較長（zhǎng）的（de）使用壽命。

3、滾珠絲杠精度檢測

3．1 滾珠絲（sī）杠位置誤差（chà）的產生（shēng）

機床的每一根軸（zhóu）都是由伺服係統所驅動的（de），係統的組成是由伺服軸卡、伺服驅（qū）動器（qì）、伺服電機組成。它的主要作用（yòng）是由伺服係統接受（shòu） NC 所發出的位置指令來驅動電機進行定位控製。加工中心 X、Y、Z 軸（zhóu）由滾珠絲（sī）杠傳動。通過伺服同步電機實現驅動。滾珠（zhū）絲杠螺母副傳動過程存在反轉間隙，這種反轉間隙會造（zào）成工（gōng）作台反（fǎn）向時（shí），電動機空轉而工（gōng）作台不動，使半閉環係統產生誤差和全閉（bì）環係統位（wèi）置環振蕩不穩定。滾珠（zhū）絲杠（gàng）磨損越大（dà）反向間隙遠大，振（zhèn）蕩越不穩定。其稱為位置誤差。