滚珠螺杆训练教材.docx
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滚珠螺杆训练教材
与装配注意事项
训练教材
滚珠螺杆应用技术
旭淄机械（上海）有限公司
ShanghaiTop-OneMachineryCO.；LTD
＊何谓滚珠螺杆?
精度等级如何划分?
一般的马达皆为旋转的运动,但若要做直线的定位运动的话,则需要靠螺杆来代劳了.当然一般要由马达的旋转运动变为直线运动时也有人用齿排,链条或皮带来做,但毕竟其精度或行程精度皆不及滚珠螺杆,故在本处暂不予讨论.滚珠螺杆为高效率的进给螺杆，当中包含可在螺杆与螺帽间进行旋转运动的滚珠。
与传统的滑动螺杆相较之下，此产品只有低于三分之一的驱动扭矩，最适合用来节省驱动马达的力量。
滚珠螺杆与螺母
定位螺杆大致可分为二种,一种为方牙螺杆,另一种则为滚珠螺杆。
方牙螺杆因为其背隙（backlash）很大,反复移动之间会产生蛮大的机械误差,且因其螺母与螺杆间为滑动摩擦,所以马达在带动时会较为吃力,较不适合接马达做精密定位使用.
而滚珠螺杆则改善了这个问题,在制造过程中在其螺母内部与会和螺杆磨擦的接触面上导入了钢珠,造成滚珠螺杆与螺母两者在接触滑动时变为滚动摩擦,故其在推动时马达较为省力,且在滚珠螺杆本身制造过程中,也采用较为精密的制造流程,所以其背隙的误差很小,较适合作精密定位使用.
当然,所谓的精密,还是会有所等级区别的,等级越高,越精密的螺杆,其价格相对的就较高了,且滚珠螺杆在其行程越长时,所能维持的精度也就越低.
各种螺杆长度之导程误差（单位为um）如下表所示:
行程（mm）
C0级
C1级
C2级
C3级
C5级
100mm以下
3
3.5
5
8
18
100~200mm
3.5
4.5
7
10
20
200~315mm
4
6
8
12
23
315~400mm
5
7
9
13
25
400~500mm
6
8
10
15
27
500~630mm
6
9
11
16
30
630~800mm
7
10
13
18
35
800~1000mm
8
11
15
21
40
1000~1250mm
9
13
18
24
46
1250~1600mm
11
15
21
29
54
另外螺杆也有标示任意300mm长的精度,意即就是不论你的滚珠螺杆有多长,任取一段300mm内之的精度皆为规格中保证之精度以内,如下表所示:
精度等级
C0
C1
C2
C3
C5
C7
C10
精度（E300）
（um）
3.5
5
7
8
18
50
210
＊目前公司立式加工中心采用C3级螺杆
滚珠螺杆技术解说
滚珠螺杆使用上的注意事项
一、润滑
使用滚珠螺杆时，必须要有足够的润滑，如果润滑不够会发生与金属接触，导致摩擦与磨耗的增加，造成故障或是寿命缩短。
滚珠螺杆使用的润滑剂可分为润滑油与润滑膏两种。
一般在保养上，润滑膏可以随着旋转速度的增加使动摩擦力矩直线的增加，超过3-5m/分时则以油润滑方式较佳。
二、防尘
滚珠螺杆与滚珠轴承一样，当有混入异物或水分等…..时，磨损会增加，有时会导致破损。
例如工作机械由于作业环境，可能会混入切屑或切削油，因此，当有从外部混异物的可能时，应如图所示，以折布（蛇腹型）或套筒伸缩管等，完全罩住螺杆轴。
三、偏荷重
当偏荷重现象发生时，将直接影响螺杆的寿命急噪音，且多随着运转不顺的手感。
若螺杆空载时与组装后顺畅度不同，除了注意螺杆本身的精度外，大多是组合精度不良产生偏荷重现象。
如图所示。
＊滚珠螺杆的失效分析：
A1序言：
近几年，越来越多的滚珠螺杆被用于各式各样的机器，来满足高精度与高性能的设备需求，滚珠螺杆成为使用最广的传动原件之一。
在CNC的机械中，滚珠螺杆增加其定位精度及延长其使用寿命。
在传统的机械上，滚珠螺杆也逐渐取代艾克姆螺杆。
滚珠螺杆通常会搭配预压力来消除机器运转时的隙，但若滚珠螺杆安装不当时就无法展现出其高精度与较长的寿命。
此篇主要讨论滚珠螺杆的问题与问题的预防，详述一些测定程序来找出发生不正常背隙的原因。
A2滚珠螺杆发生问题的原因与预防
以下叙述三种滚珠螺杆发生问题的主因及其预防方法：
A2-1间隙太大
1、无预压或预压不足
无预压的滚珠螺杆垂直放置时，螺帽会因本身的重量造成转动而下滑；无预压的螺杆会有相当的背隙存在，因此一般厂商会于不同的应用上决定正确的预压量，并于出厂前调好预压。
2、扭转位移太大
（1）热处理不当、硬化层太薄、硬度分布不均或材质太软，钢珠、螺帽、螺杆的标准硬度分别为HRC62~66、HRC58~62、HRC56~62。
（2）不当的设计-----细长比太大…..螺杆的细长比越小刚性越高，如果细长比太大，螺杆会产生自重下垂。
3、轴承选用不当
通常滚珠螺杆必须搭配斜角轴承，尤其是以高压力角设计的轴承为较佳的选择；当滚珠轴承承受轴向负载时，一般的深沟滚珠轴承会产生一定量的轴向背隙。
4、轴承安装不当
（1）若轴承安装于滚珠螺杆而两者贴合不确实，在承受轴向负载的情况下会导致背隙的产生，这种情形可能是由于螺杆肩部太长或太短所造成的。
（2）轴承承靠面与锁定螺帽V型牙轴心的垂直度不佳，或两对应方向的锁定螺帽面平行度不佳，会导致轴承的倾斜；因此螺杆肩部的锁紧螺帽V形牙与轴承承靠面必须同时加工，才能确保垂直度。
5、螺帽座或轴承座刚性不足
如果螺帽座或轴承座刚性不足，由于组件本身的重量或机器的荷载会使其产生偏斜。
6、螺帽座或轴承座组装不当
（1）由于震动或未加固定销使得组件松脱。
（2）因固定螺丝太长或螺帽座螺丝孔太浅使得螺帽固定螺丝无法锁紧。
（3）由于震动或缺少弹簧垫圈使得螺帽固定螺丝松脱。
7、支撑座表面的平行度或平面度超出公差
不论组件结合表面是研磨或铲花，只要其平行度或平面度超出公差范围，床台运动时位置的重复精度将较差，因此一部机器中通常在支撑座与机器本体间以垫片来调整。
8、马达与滚珠螺杆结合不当
（1）联轴器结合不牢固或本身刚性不佳，会使螺杆与马达间产生转动差。
（2）若不适合以齿轮驱动或驱动结构不是刚体，可用时规皮带来驱动以防止产生滑动。
（3）键的松动，或是键、键槽、轮壳间的任何不当搭配，皆会使这些组件间产生间隙。
A2-2不顺畅的作动
1、螺杆加工的问题
（1）螺杆或螺帽珠槽表面粗糙。
（2）钢珠、螺杆或螺帽真圆度超出公差范围。
（3）螺杆或螺帽的导程误差或节圆直径超出公差范围。
（4）回流管组装不当。
（5）钢珠大小或硬度不均。
2、异物进入钢珠轨道
（1）包装材料阻碍钢珠轨道：
出货时以许多的材料及防锈袋来包装滚珠螺杆，如果在包装或排列的时候未依适当的程序来执行，异物或其它的物体可能会阻碍钢珠轨道，导致钢珠的滑动而非滚动甚至卡死。
（2）加工碎屑进入轨道：
滚珠螺杆若未安装刮刷器，加工碎屑或灰尘堆积会阻碍钢珠轨道，造成顺畅度不佳、精度降低及减少使用寿命。
3、过行程
过行程会造成回流管的损伤及凹陷，甚至断裂，而造成钢珠无法正常运转，在这恶劣的运转条件下，可能造成螺杆或螺帽珠槽表面的剥离。
过行程发生的原因可能发生于机台的设定、极限开关失效或撞车，为预防造成滚珠螺杆进一步的损坏，重新安装前滚珠螺杆须请制造商检修。
4、回流管损坏
回流管在安装时，受到严重的撞击，回流管可能发生凹陷或上述情形。
5、偏心
如果螺帽座与轴承座不同心时会产生径向负荷，两者偏心量太大时会造成螺杆弯曲，甚至偏心的情况，不足以造成明显的螺杆弯曲时，异常磨耗仍不断发生，并使螺杆精度迅速降低；而螺帽设定的预压力越高，偏心精度的要求越高。
6、螺帽与螺帽座结合不当
螺帽安装时倾斜或偏心会造成异常负载，使马达运转时产生电压不稳。
7、搬运时造成滚珠螺杆的损坏。
A2-3碎裂
1、钢珠破裂
钢珠最常用的材质是洛钼钢，若要使一颗直径1/8吋的钢珠破裂，须1400Kg~1600Kg。
滚珠螺杆有、无润滑于作动时温升有明显差异，此温升可能造成钢珠破裂或损坏，因此造成螺杆或螺帽珠槽的损坏。
2、回流管凹陷或断裂
螺帽过行程或回流管受到撞击会造成回流管的凹陷或断裂，因此阻碍钢珠的循环或路径，使得钢珠变成滑动而非正常滚动，最后造成回流管断裂。
3、滚珠螺杆肩部断裂
（1）不当设计：
螺杆肩部应避免锐角设计，以减少局部应力集中。
（2）螺杆轴颈弯曲：
轴承承靠面与锁紧螺帽V形牙轴心的垂直度不佳，或两对应方向的锁定螺帽面平行度不佳，皆会导致螺杆肩部的弯曲或断裂；因此在锁定螺帽锁紧后，螺杆肩部的偏摆量不能超过0.01mm。
（3）径向力或反复应力：
安装螺杆时造成的偏心会产生异常的交变剪应力，并使滚珠螺杆提早损坏。
A3探查引起异常背隙的位置
下列的量测步骤，用来探查滚珠螺杆装置中发生异常背隙的位置。
1、将一标准规格的钢珠固定在螺杆其中一端的中心孔内，转动螺杆并以量表量测此钢珠在轴向的变动量（如图a）；若轴承、螺帽及螺帽座皆已彻底安装固定，此一位置变动量不得超过0.003mm。
2、转动螺杆并以量表量测轴承座与轴承座基座的变动量（如图b），如有任何变动量，则表示其中有轴承固定不完全或安装不够彻底。
3、检查床台与螺帽座的相对变动量（如图c）。
4、检查螺帽座与螺帽法兰的相对变动量（如图d）。
当上述所有的检查皆无问题，但背隙问题仍存在，可能必须提高螺杆的刚性或预压力。
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