滚珠丝杠副和直线导轨的装配.docx

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滚珠丝杠副和直线导轨的装配

附表1 学习活动书（学生用表）

课前准备：

内六角扳手一套、百分表（包括表座）、十字起子；装配图纸；装配工艺及步骤的整理；直线导轨、滚珠丝杠及滑块的机械结构理论分析；

学习过程

过程

预设

学法

资

讯

10分钟

我来看

看工作台、直线导轨、滚珠丝杠的机械结构；看滚珠丝杠与联轴器的连接结构；看滚珠丝杠与轴（轴承座）的连接。

看百分表的波动范围，检验装配精度是否达到要求（要求：

滚珠丝杠与基准导轨的平行度≤0.03mm，X轴固定端轴承支座X轴支撑端轴承支座和X轴丝杆螺母座三者的同轴度≤0.03mm）。

计划与决策

30分钟

我来说

（一）滚珠丝杠螺母副、直线导轨相关基础知识

（2）滚珠丝杠、直线导轨在数控机床的作用

（3）滚珠丝杠、直线导轨的装配过程

（4）底座、电机

实

施

100分钟

我来学与我来做

学习内容：

1）滚珠丝杠的结构：

是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床进给系统中一般采用滚珠丝杠副来改善摩擦特性。

滚珠丝杠的分类：

按滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式两种

2）滚珠丝杠的工作原理当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动。

3）滚珠丝杠内循环的优缺点：

滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小，但制造精度要求高。

滚珠丝杠外循环的优缺点：

结构简单、制造容易、但径向尺寸大，且弯管两端耐磨性和抗冲击性差。

4）滚珠丝杠的安装

5）滚珠丝杠的调节：

滚珠丝杠必须与导轨完全平行。

6）直线导轨的的组成：

是由一根导轨和滑块构成。

7）直线导轨的类型

8）直线导轨的特缺点：

定位精度高、磨耗少能长时间维持精度、使用高速运动且大幅度降低机台所需驱动马力、可同时承受上下左右的负荷、组装容易并具互换性、滑轨构造简单。

9）直线导轨的安装

（一）滚珠丝杠副和直线导轨的装配包括以下类容：

1.装配准备好工具、图纸，安装面要清理干净。

2.按装配的一般原则开始对滚珠丝杠副和直线导轨进行装配。

3.装配过程中注意正确使用各种量具，正确处理各种数据。

4.装配过程中，装配的正确步骤安装。

5.装配完成后，要对装配的各项精度进行检测。

6.完成后还要上油润滑。

我来做

（一）团队合作来完成直线导轨、滚珠丝杠的装配与调整。

1、直线导轨的装配与调整操作步骤如下：

（1）清洗导轨密合面

（2）任意选择一个导轨作为基准导轨

（2将选择的基准导轨与安装基面贴紧，将导轨螺钉从中间向两边拧紧。

（3）装配另一侧的直线导轨与基面贴合，用力矩表拧紧从中间向两侧预紧。

（4）将磁性表座安装在选择的基准导轨的滑块上，将表安装在表架上表头放在另一个导轨的内侧面推动滑块检测导轨的平行度、等高度。

（5）按装配顺序拧紧螺钉。

2、滚珠丝杠的装配操作步骤如下：

（6）将与安装丝杠相关的零件（轴承、轴承座、联轴器、轴承盒）清洗干净，去刺、倒角、攻丝。

（7）刮研电机座和轴承座。

（8）安装电动机及联轴器。

（9）找正芯轴装入电机座中，再将轴承盒装入轴承座中，按照对角线的原则均匀预紧螺钉。

（10）将百分表的磁性表座安装在滑块上，表安装在表杆上将表头分别放在两轴承支座的最高点测量轴承支座的等高度。

（11）将百分表的表头放在丝杠的凸端分别在丝杠的前中后3个地方进行检测丝杠与导轨的平行度。

（12）按装配顺序拧紧螺钉。

（13）将工作台放在滑块上对准孔，并从螺母副的螺钉紧固起按照对角线的原则进行紧固（螺母不得露出孔外）。

检查与评价

30分钟

我分享

***

知识拓展

10分钟

我创新（工作台面怎么装在连接析板上的）

在课后作业中发挥团队合作精神和创新能力，完成课后作业。

知识链接：

滚珠丝杠

1、滚珠丝杠结构

1、滚珠丝杠副的种类与结构 

滚珠丝杠螺母副：

是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床进给系统中一般采用滚珠丝杠副来改善摩擦特性。

工作原理是：

当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动，如图3—4—1和图3—4—2

1—返向器2—螺3—丝杠4—滚珠 （a）单圆弧   （b）双圆弧 

图3—4—1滚珠丝杠副     图3—4—2 螺纹滚道型面

按滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式两种。

1）内循环式

内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。

如图3—4—3。

在螺母的侧面孔内，装有接通相邻滚道的反向器，利用反向器引导滚珠越过丝杠的螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。

一般在同一螺母上装有2—4个反向器，并沿螺母圆周均匀分布。

优缺点：

滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小，但制造精度要求高。

图3—4—3内循环示意图  1—凸键 2、3—反向键

2）外循环式

外循环方式的滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外做循环运动。

如图3—4—4，（a）为螺旋槽式外循环（b）为插管式外循环。

优缺点：

结构简单、制造容易、但径向尺寸大，且弯管两端耐磨性和抗冲击性差。

图3—4—4 外循环示意图

（a）螺旋槽式：

1—套筒；2—螺母；3—滚珠；4—挡珠器；5—丝杠

（b）插管式：

1—弯管；2—压板；3—丝杠；4—滚珠；5—滚道

2、滚珠丝杠副的结构参数  

滚珠丝杠副的主要参数有：

公称直径D、导程L和接触角β。

1）公称直径D：

是指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。

它与承载能力直接有关，常用范围为30—80mm，一般大于丝杠长度的1/35—/30。

2）导程L：

导程的大小要根据机床加工精度的要求确定，精度高时，导程小一些；精度低时，导程大些。

但导程取小后，滚珠直径将取小，使滚珠丝杠副的承载能力下降；若滚珠直径不变，导程取小后，螺旋升角也小，传动效率将下降。

因此，一般地，导程数值的确定原则是：

在满足加工精度的条件下尽可能取得大一些。

3、滚珠丝杠副的结构特点   

1）摩擦因素小，传动效率高。

滚珠丝杠副的传动效率可达0.92—0.96，比常规的丝杠螺母副提高3—4倍。

因此，功率消耗只相当于常规丝杠的1/4—1/3。

2）可预紧消隙。

给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的间隙，反向运动时无死区，定位精度高，刚度好。

3）运动平稳，低速时不易出现爬行现象，传动精度高。

4）运动具有可逆性。

可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母均可以作为主动件。

5）磨损小，使用寿命长。

6）所需传动转矩小。

7）制造工艺复杂。

滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度要求也高，故制造成本高。

8）不能自锁。

特别是对于垂直丝杠，由于处于重惯性力的作用，常需添加辅助制动装置。

4、滚珠丝杠副的的精度 

滚珠丝杠副的精度等级分为1、2、3、4、5、7、10七个等级（按JB/T3162.2—1991的规定），1级精度最高，依次递减，数控机床主要采用1—4级。

5、滚珠丝杠副的安装支撑方式  

为提高传动刚度，滚珠丝杠合理的支撑结构及正确的安装很重要一般采用高刚度的止推轴承支撑结构，以提高滚珠丝杠的轴向承载能力。

图3—4—5

（a）一端装止推轴承（固定-自由式）。

其承载能力小，轴向刚度低，仅适用于短丝杠，如用于数控机床的调整环节或升降台式数控机床的垂直坐标中。

（b）一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定-支承式）。

当滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定，另一端由深沟球轴承支承。

为了减小丝杠热变的影响，止推轴承的安装位置应远离热源（如液压马达）。

（c）两端装止推轴承。

。

将止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，有助于提高传动刚度。

但这种安装方式对热伸长较为敏感。

（d）两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定-固定式）。

为了提高刚度，

丝杠两端采用双重支承，如止推轴承和深沟球轴承，并施加预紧拉力。

这种结构形式，可使丝杠的热变形能转化为止推轴承的预紧力。

6、常用滚珠丝杠结构 见表3—2板书画图讲解。

二．丝杠的选用一般从以下几个方面考虑：

1、滚珠丝杠的安装方式

一端固定、一端自由的安装方式适用于转速较低、滚珠丝杠较短的情况。

两端游动是一种常见的安装方法，适用于中等转速的情况。

一端固定、一端游动则适用于中等转速、需要高精度运行的场合。

而两端固定的安装则适用于高速运转、需要高精度运行的场合。

2.丝杠的最小底径尺寸

滚珠丝杠在正常使用时，须保证在轴向方向上被施加的最大压缩负荷不能使丝杠发生弹性变形，这就确定了丝杠的最小底径尺寸。

3．允许转速

随着滚珠丝杠转速的提高，会逐渐接近丝杠的固有振动频率，进而会发生共振以至不能继续转动。

因此滚珠丝杠一定要在临界转速（共振点）以下使用。

临界转速由下式决定：

为安全起见，丝杠的最大实际转速只允许取上述计算值的80％。

4.寿命

滚珠丝杠的寿命是指一批相同的滚珠丝杠在基本额定动载荷的作用下，90％达到10转时的总回转

数。

L=（c／f）×10

式中L——额定回转寿命，r／min基本额定动载荷，N轴向载荷，N负荷系数，见表2所示根据额定回转寿命L，可推知间时间寿命：

表2

使用条件负荷系数

无冲击平滑运动1．O～ll2

普通运动1．2～1．5

具有冲击和振动运动1．5～2．O

Lh=L／60n

式中n——丝杠转速，r／min还可推知运行距离寿命

L=LI／IO

式中f——丝杠导程，mm

5．滚珠丝杠系统的刚性

为提高数控设备及精密机械进给丝杠系统的定位精度和相对于刀具切削的刚性，必须考虑进给系统各组成组件的刚性。

整个进给系统的刚性以表示。

1／K=I／Ks+I／KN+I／K+l／式中Ks——丝杠的刚度，N／mm螺母的刚度，N／mm丝杠两端支承轴承的刚度，N／mm—螺母支座和轴承的刚度，N／mm

6．驱动马达（电机）的选择

在选择滚珠丝杠时，除考虑以上因素外，还需计算驱动马达（电机）的容量。

整个滚珠丝杠工作系统的扭矩为：

式中Tp——外部负载引起的摩擦扭矩，Nm—由于预紧而产生的摩擦扭矩，Nm由于加速运动产生的负载扭矩，Nm通常情况下，将+限制在电机输出功率的10％~30％左右，特别是在采用输出功率较小的电脉冲马达时，电机的负荷及容量更要十分注意。

三、滚珠丝杠维护

1、轴向间隙的调整  

为了保证滚珠丝杠副的反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。

除个别用单螺母消除间隙外，滚珠丝杠螺母副常用双螺母预紧消隙。

其原理是：

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旋轨道的两个相反侧面上，用这种方法消除间隙时，应注意预紧力不能过大，预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。

因此，一般需要经过多次调整，以保证既能消除间隙又能灵活运转。

调整时除螺母预紧外，还应特别注意使丝杠安装部分和驱动部分的间隙尽可能小，并且具有足够的刚度。

1）如图3—4—6，为双螺母垫片调隙式，改变垫片的厚度，使内外两个螺母产生轴向相对位移。

图3—4—6双螺母垫片调隙式结构

优缺点：

这种调隙方式能精确地调整预紧量，结构简单，刚度高，工作可靠，但调整不方便，滚道磨损时不能随时进行调整。

2）如图3—4—7，为螺纹调隙式，转动调整螺母1，使螺母2产生轴向位移。

图3—4—7双螺母螺纹调隙式结构  1、2—锁紧螺母

优缺点：

这种调隙方式结构简单，调整方便，滚道磨损时可随时进行调整，但预紧量不很准确。

3）如图3—4—8，为齿差调隙式，通过调整螺母端头上的外齿相对内齿的啮合角度来消除间隙。

图3—4—8双螺母齿差调隙式结构

优缺点：

这种调隙方式能精确微调预紧量，工作可靠，滚道磨损时调整方便。

但结构复杂，用于需获得准确预紧力的精密定位系统。

2、支撑轴承的定期检查  

定期检查丝杠支撑与床身的连接是否损坏，以及导轨间的平行度是否保持在允许误差范围内，如有上述问题，要及时坚固松动部位，更换支撑轴承或调整丝杠对导轨的平行度。