加工中心滾珠絲（sī）杠的應（yīng）用

滾珠絲杠由於滾動接觸，啟動摩擦極小，對輸入敏感，可以精確移動，因此可以精細控製微小的運（yùn）動。如果滑動（dòng）絲杠的軸（zhóu）向間隙減小，就會轉向變重，但滾珠絲杠的滾珠與絲杠槽是點接（jiē）觸，所以即使（shǐ）在預壓狀態下也能實現平穩動作。滾珠絲杠可以通過選擇各種厚度的墊片來微調兩個螺母的預緊力，選擇合適的（de）預緊力（lì）很容易獲得高剛（gāng）度。另外，通過選擇單個螺母，可以（yǐ）實現無間隙狀（zhuàng）態。滾珠絲杠整（zhěng）個滾動部分表麵硬化，磨（mó）損小，能保持初始精度，可長期使用。

一

介紹

實際上，人們用螺釘來傳動的曆史並（bìng）不（bú）長。傳統上，螺釘定位不佳（jiā）且容易（yì）損壞。直到1898年，人們（men）才首次嚐（cháng）試在螺母和（hé）螺釘之間放置鋼球，以滾動摩擦代替滑（huá）動摩擦（cā），以改善其定位不佳、易損壞的問題。1940年，滾珠絲杠被裝上了汽車的轉向裝置（zhì），這是滾珠絲杠應用的一次（cì）重大革命，並逐漸取代了傳統的ACME絲杠。

直到最（zuì）近幾年，滾珠絲杠已經成為工業中應用最廣泛的部件之（zhī）一。

2

滾珠絲杠的類型、結構和技術特（tè）點（diǎn）。

2.1

滾珠絲杠的類型

根據製造方法和精度的不同，目前市場上的（de）滾（gǔn）珠（zhū）絲杠機構主要有兩種:研磨滾珠（zhū）絲杠和滾動滾珠絲杠。滾珠循環方式包括循環導管、循環器（qì）和端蓋。預壓方法有定（dìng）位預壓(雙螺母法、位置預（yù）壓（yā）法)和恒壓（yā）預壓（yā）。根據應用選擇合適的類型。滾珠絲杠機構作為一種高精（jīng）度傳動元件，廣泛應用於數控機床、自動加工中心的電子精密（mì）機械（xiè）進（jìn）給機構、伺服機械手（shǒu）、工業（yè）裝（zhuāng）配機器人、半導體生產設備、食品加工包裝、醫療器械等領域。

2.2

滾珠（zhū）絲杠的結構

如果沿縱向切（qiē）開滾珠絲（sī）杠機構，可以（yǐ）看出它主要由絲杠、螺母、滾珠、滾珠回油管、防塵套等組成。

(1)螺杆是旋轉部件，是一種直線度非（fēi）常高的螺紋，上麵有半圓（yuán）形的螺旋槽。半圓形螺旋槽是滾珠的滾道。

絲杠硬度高，通常（cháng）表麵淬火後進行磨削，以（yǐ）保證優異的耐磨性。一般螺杆與驅動部（bù）分連接，螺（luó）杆的轉動由電機直接或間接驅動。可采用直接連接方式，即電機（jī）輸出軸通過（guò）專用彈性聯軸器與絲杠連接（jiē），傳動比為1；電（diàn）機的輸出軸也（yě）可以通過（guò）其他傳動環節（jiē），如同步帶、齒輪等與絲杠連（lián）接。

(2)螺母用於固定需要移動的載荷，其作用類似於直線導軌機構的滑塊。一般需要移動的各種負載(如工作台、移動滑塊)用螺母連接，然後在工作台或移動滑塊上安裝各種執行機（jī）構。螺（luó）母內部加工（gōng）有類似螺杆的半（bàn）圓形滾道，並設計了供滾珠循環的回流管。螺母是滾珠絲杠機構的重要（yào）部（bù）件，滾珠絲杠機構的性能（néng）和（hé）質量在很大程度上取決於螺母。

(3)防塵片用於防止外部汙染物進（jìn）入螺母。

由於（yú）滾珠絲杠機構是精密部（bù）件（jiàn），如果汙染物（wù）(如灰塵、碎屑、金屬熔渣等。)在使用過程中進入螺母，可能會（huì）嚴重磨損滾珠絲杠運動副，降低機構的運動精度和（hé）使用壽命，甚至損壞絲杠或其（qí）他部（bù）件。因此，螺母必須密封，防止（zhǐ）汙染物進入螺母（mǔ）。

(4)滾珠在滾珠絲杠機（jī）構中，滾珠的作用與直（zhí）線導軌和直線軸承中的（de）作用相同。滾珠作為軸承體的一部分，直接承受，同時作為中間傳動元件（jiàn），通（tōng）過滾（gǔn）動傳遞運動。由於滾動（dòng）運動，摩擦力很小。

(5)油孔滾珠絲（sī）杠機構在運轉過程中需要良好的潤滑，因此應定期添加潤滑（huá）油或潤滑脂。油孔供應潤滑油。

2.3

滾珠絲杠有以下特點

(1)驅動扭矩（jǔ）小（xiǎo）。滾珠絲杠機構運行（háng）時，滾（gǔn）珠沿絲杠和螺母組成的螺旋滾道滾（gǔn）動，運動阻力極小。驅動力矩僅為螺紋絲杠機構的1 /3不到，隻（zhī）需要很小的驅動功率。

(2)可逆滾珠絲杠機構不僅可以將絲杠的旋轉運動轉化為螺母(和（hé）負（fù）載滑塊)的直線運動，還可以（yǐ）很容易地將螺母的直線運動轉化為絲杠的旋轉運動。

(3)高精度滾珠絲杠機構是一種高精（jīng）度傳動機構，在（zài）加工、裝配、檢測等環節都受到（dào）嚴（yán）格控製。此（cǐ）外，它在運行過程中（zhōng）產生的熱量更（gèng）少，可以實現高（gāo）傳動精度（dù），準確定位負載。

(4)微量（liàng）喂養（yǎng）。由於滾珠絲杠機構中的滾珠處於滾動運動，啟動（dòng）力（lì）矩（jǔ）極小，不會出現滑動運動中（zhōng）容易出現的低速蠕動或爬行現象（xiàng），因此可以（yǐ）實現高精（jīng）度的（de）微進給，最小進給量可（kě）以達到0。下午1點。

(5)剛性高如果滾珠絲杠機構中存在軸向間隙，當軸向載荷方向改變時，軸（zhóu）向間（jiān）隙會成（chéng）為載荷（hé）運動（dòng）誤差的重要來源。

通過對滾珠絲杠機構進行預緊（jǐn），可以使軸向（xiàng）間隙為零（líng）或更小(負間隙)，從而獲得高剛度，提高機構在負載下的運動精（jīng）度。

(6)高（gāo）速（sù）進給。由（yóu）於滾珠絲杠機構可以做成（chéng）較大的導程，傳（chuán）動（dòng）效率高，發熱量低，可以實（shí）現高（gāo）速進（jìn）給。在保證低於滾珠絲杠機（jī）構臨界轉速（sù）的前提下，長導程滾珠（zhū）絲杠副可以達到100m/min甚至更高的進給速度（dù）。

(7)傳動效率在螺紋絲杠機構中通常隻有機械傳動（dòng）效率（lǜ）的20% ~ 40%，而滾（gǔn）珠絲杠機構可以達到很高的機械傳動效率，高達98%。

(8)使用壽命長。它運行時幾乎沒有磨損，因（yīn）此可以達到很長的使用壽命。

三

滾珠絲杠精（jīng）度檢測

3.1

滾珠絲杠位置誤差的（de）產生（shēng）

機床各軸由伺服係統驅動，該係統由伺服軸卡、伺服驅動器和伺服電機組成。其主要作用是伺（sì）服係統（tǒng）接收NC的位置指令，驅動電機進行（háng）定位控製。加工中心的x、Y和Z軸由滾珠絲杠驅動。驅動由伺服同步（bù）電（diàn）機實現。滾珠絲（sī）杠螺母副在傳動過程中存在反向間隙，會導致工作台反向時電機空轉，工作台（tái）不動，造成半閉環係統誤差和（hé）全閉環係（xì）統位置環振蕩不穩定。滾（gǔn）珠絲杠磨損（sǔn）越大，反向間隙（xì）越大，擺動越不穩定。這就是所謂的位置誤差。

3.2

位置誤差檢測方法

-伺服導向ERRC顯示驅動裝置的誤（wù）差值。因為ERRC =進給速（sù）度/位置增益，所以（yǐ）當進給恒（héng）定時，ERRC理論上是恒（héng）定的。然而，由於螺（luó）杆、螺母副和軸承的磨損，驅動裝置的部件之間的約束發生變化（huà）。當係統定位時，為了實現精確定（dìng）位，必須不（bú）斷地進行調整，這反映（yìng）在機床的一個軸驅動裝置的振動上。機床的位置增（zēng）益設定值越高，相同進給速度下的ERRC值越小，但同時對機床驅動裝置的剛度（dù）和（hé）約束要求越（yuè）高。當機床驅動裝置的剛度和約束（shù）與機床的位置增益不（bú）匹配時，就會發生振動。ERRC曲線可以作為表征螺杆狀態的指標（biāo）。

3.3

監控圖形（xíng）分析

通過（guò）監測同一台（tái）機（jī）床在同一進給中不同的1825(位（wèi）置增益)值，可以發現位置增益越小，機床的ER-RC越大。但是，通過降低機床定位的靈敏度，降低（dī）了（le）機床的振動和ERRC曲線（xiàn）的幅值（zhí）。因此，可以定期收集行車設備的ERRC曲線，建立數據庫，通過分析大量數據（jù），評估（gū）不同站點行車設備的狀態，從而進行有效的（de）預（yù）測性（xìng）維護。

3.4

滾珠絲杠位置誤差的（de）計算

滾珠絲杠傳動中位置誤差的計算及相關參數（shù）的調整。負載慣性，其值決（jué）定速度增益。speed =[NO 2021+256/256]×100 NO 1825:位置環增益，單位誤差(P)為0。01/s =[進給速（sù）度/60 ×位置增益]×1/檢測單元No1826:快速指令到位寬度。No1827:切割指令的原（yuán）位寬度。到位:定位結（jié）束。根據係統移動指令和反饋（kuì）指令之間（jiān）的差異，確定（dìng）定位是否完成。位（wèi）置偏差值存儲（chǔ）在誤差寄存器中，其值可（kě）以通（tōng）過診斷DGN300讀取。No1828:運動中的誤差極限值。當錯誤寄存器的值超過其值時，ALM411發出報警。No1829:靜（jìng）止時的誤差極限值。當錯（cuò）誤寄存（cún）器的值超過其值時，ALM410發出報警。

3.5

伺服導向調節原理

1)增加位置增益（yì）可以提（tí）高係統的定位和加工精度。調節（jiē）量（liàng）是以係統（tǒng）不會產生振動和超調為前提的。同時，所有差動補償軸的增（zēng）益應該一（yī）致（zhì）。

2)提高速度增益可（kě）以提高電（diàn）機的速度響應和加速能力，但過高的速度增益會使機床產生振動。

3)當發（fā）生（shēng）振動（dòng）時，在降低速（sù）度和位（wèi）置（zhì）增益之前，可以使用轉矩命令濾波器進行調整。如果由於機床的機械剛性而不能產生效果，可以降低速（sù）度和位置增益。轉矩指令濾波器:對應於高於（yú）包含在（zài）輸出轉矩（jǔ）指令中（zhōng）的設定頻率的共振頻（pín）率的轉矩指令被濾出以減少振動。

3.6

驅動側調整方法

移動過程中手動（dòng）設置下位置增益（yì）參數1825，增加誤差值參數1828，可以改善絲（sī）杠定位引（yǐn）起的振動，有圓弧插（chā）補、曲線（xiàn）、倒角的偏置（zhì）軸增益（yì）要（yào）保持一（yī）致。所（suǒ）有參數調整都要以不影響加工精度和（hé）調整量（liàng）為前提。手動（dòng）設置上述（shù）參數後（hòu），係統的性能應該會有所提高。如（rú）果仍達不到精度要求，隻能從其他方麵（miàn）考慮:機床的機械部（bù）分、加工（gōng）刀具、加工程序、加工速度（dù）、進給速度、進給方式、冷卻方式等。這些因素（sù）都會（huì）影響加工效果。

3.7

滾（gǔn）珠絲杠的故障狀態識別

滾珠絲杠長期運（yùn）轉產生的磨損間隙將直接影響加工中心的傳動精度和剛度。一般現象有反向間隙大、定（dìng）位精度不穩定、機（jī）床（chuáng）振動、螺母副卡死、進給爬行等（děng）。並且係統參數的調整（zhěng）已經超過了調整量（liàng），當加工精（jīng）度不能滿足要求時，基本可以判斷螺杆已經失效。

四

結束語

本設計主要分析了（le）滾珠（zhū）絲杠在加工中心的應用，並（bìng）基本介紹了滾珠絲杠（gàng）的結構類型和技術特點。通過這次技術應用，我進一步鞏固和提高了自己的專業知識，尤其是螺（luó）釘的選擇和螺釘的精（jīng）度檢測。