加工中心滾（gǔn）珠絲杠（gàng）的應用

滾珠絲杠由於滾動接觸，啟動摩擦極小，對輸入敏（mǐn）感，可（kě）以（yǐ）精確移動，因此可（kě）以精細（xì）控製微小的運動。如果滑動絲杠的軸向間隙減（jiǎn）小（xiǎo），就會轉向變（biàn）重，但滾珠絲杠的滾珠與（yǔ）絲杠槽是點接觸，所以即使在預壓（yā）狀態下也能（néng）實現平穩動作。滾珠絲杠可以通過選（xuǎn）擇各種厚度的墊片（piàn）來微調兩個螺母的預緊力，選擇合適的預緊（jǐn）力很容易獲得高剛度。另外，通過選擇單個螺母，可以實現無間隙狀態。滾珠絲杠整個滾動部分表麵硬化，磨損小，能保（bǎo）持初始精度（dù），可長期使（shǐ）用。

一

介紹

實際上，人（rén）們用（yòng）螺釘來傳動的曆史並不長。傳統上，螺釘定位不佳且容（róng）易損壞。直到（dào）1898年，人們才首次嚐試在螺母和螺釘之間放（fàng）置鋼球（qiú），以滾動摩擦代替滑動摩擦，以改善其定位不佳、易損（sǔn）壞的問題。1940年，滾珠絲杠被裝上了汽車的轉向裝置，這（zhè）是滾珠（zhū）絲杠應用的一次重大革命，並逐漸取代了傳統的ACME絲（sī）杠。

直（zhí）到最近（jìn）幾年，滾珠（zhū）絲杠（gàng）已經成為（wéi）工（gōng）業中應用最廣泛的（de）部件之一。

2

滾珠絲杠的類型、結構和技術特點（diǎn）。

2.1

滾珠絲杠的類型

根據製造方法和精度的不同，目前市場上的滾珠絲杠機構主要有兩種:研磨滾珠絲杠和滾動滾（gǔn）珠絲杠。滾珠循環方（fāng）式包括循環導管、循環器和（hé）端蓋。預壓方法有定（dìng）位預壓(雙螺母法、位置預壓法)和恒壓預壓。根據（jù）應用選擇合（hé）適的類型。滾珠絲杠機構作為一（yī）種高（gāo）精（jīng）度傳動元（yuán）件，廣泛應用於數控機床、自動加工中心的電子精密機械進給機（jī）構、伺服機械手、工業裝配機（jī）器（qì）人、半導體生產設備、食品加（jiā）工包裝、醫療器械等（děng）領域。

2.2

滾珠絲杠的（de）結構

如果沿縱向切（qiē）開滾珠絲杠機（jī）構，可（kě）以看出（chū）它主要由絲杠、螺母、滾珠、滾珠（zhū）回油管、防塵套等組成。

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

絲杠硬度高，通常表麵淬火後進行磨（mó）削，以保證優異的耐磨性。一般螺杆與驅動部分連接，螺（luó）杆的（de）轉（zhuǎn）動由電機直接或間接驅動。可（kě）采（cǎi）用直接連接方式，即電機輸出軸通過專用彈性聯軸器與絲杠連接，傳動比為1；電機的輸出軸也可以（yǐ）通過（guò）其他傳（chuán）動環節，如同步帶、齒輪等與絲（sī）杠連接。

(2)螺母用於固定需要移動的（de）載荷，其作用類似（sì）於直線導軌機構的滑塊。一般需要移動的各種負載(如工（gōng）作台、移動滑塊)用螺母連接，然後在工作台或（huò）移動（dòng）滑塊上安裝各種執（zhí）行機構。螺母內部加（jiā）工有類似螺杆的半圓形滾道，並設計（jì）了供滾珠循環的回流管。螺母（mǔ）是滾珠絲（sī）杠機構的重要（yào）部（bù）件，滾珠絲杠機構的性能（néng）和質量在很大（dà）程度上取決於螺母。

(3)防（fáng）塵（chén）片用於防止外部（bù）汙染物進（jìn）入螺母。

由於滾珠絲杠機構是精密部件，如果汙染物(如灰塵、碎屑、金屬熔渣等。)在使用過（guò）程（chéng）中（zhōng）進入螺母，可能（néng）會嚴重磨損滾珠絲杠運動副，降低機構的運動精度和使用壽命，甚至損壞絲杠或其他部件。因此，螺母（mǔ）必須（xū）密封（fēng），防止（zhǐ）汙染物（wù）進入螺母。

(4)滾珠在滾珠絲（sī）杠機構中，滾珠的作用與直線導軌和直線軸承中（zhōng）的作用（yòng）相同。滾珠作為軸承體的（de）一部分（fèn），直接承受，同時作為中間傳動元件，通（tōng）過滾動傳遞（dì）運動。由於（yú）滾動運動，摩擦力很小。

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

2.3

滾珠絲杠（gàng）有以下特點

(1)驅動扭矩小。滾珠絲杠機構（gòu）運行時，滾珠沿（yán）絲杠和螺母組成的螺旋滾道滾動，運動阻力極（jí）小。驅動力矩僅為螺紋絲杠機構的（de）1 /3不到，隻需要很小的（de）驅動功率。

(2)可逆滾珠絲杠機構不僅可以將絲杠的（de）旋轉（zhuǎn）運動轉化為螺（luó）母(和負載滑塊)的直線運動，還可以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（yī）種高精度傳動機構，在加工、裝配、檢測等環節都受（shòu）到嚴（yán）格控製。此外，它在運行過程（chéng）中產生的熱量更少，可以實現高傳動精度，準確定位負載。

(4)微量喂養。由（yóu）於滾珠（zhū）絲杠機構中的（de）滾珠處於滾動運動，啟動力矩極小，不會出現滑動運動中容易（yì）出現的低速蠕動或爬行現象，因此可以實現高精度的（de）微進給，最小進給量可以（yǐ）達到0。下午（wǔ）1點。

(5)剛性高如果滾（gǔn）珠絲杠機構中存在軸向間隙，當軸向載荷方向（xiàng）改變時（shí），軸向間隙會成為載荷運（yùn）動誤差的重要來源。

通過對（duì）滾珠絲（sī）杠機構進行預緊，可以使軸向間（jiān）隙為零或更小(負間隙)，從而獲得高剛度，提高機構在負載下的運動精度。

(6)高速進給。由於滾珠絲杠機構可以做成較（jiào）大的導程，傳動效率高，發熱量低，可以實現高速進給（gěi）。在保證低（dī）於滾珠絲杠機構臨界轉速的前提下，長（zhǎng）導程滾珠絲（sī）杠副可以達到100m/min甚至更高的（de）進給速度。

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

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

三

滾珠絲杠精度檢測

3.1

滾珠絲杠位置誤（wù）差的產（chǎn）生

機床各軸由伺服係統驅動，該係統由伺服（fú）軸卡、伺服驅動器和伺服電機組成。其主要作用是伺服係（xì）統接收NC的位置指（zhǐ）令，驅動電機進行定（dìng）位控製。加工中心的x、Y和Z軸由滾珠絲杠驅動。驅動由伺服同步電機實現。滾珠絲（sī）杠（gàng）螺母副在傳動過程（chéng）中存在反向間隙，會導致工作（zuò）台（tái）反向時電機空轉（zhuǎn），工作台不動，造（zào）成半閉環係統誤差和全閉環係統位置環振蕩不穩定。滾珠絲杠磨損越大，反向間隙越大，擺動越不穩定。這就是（shì）所謂（wèi）的位（wèi）置誤差。

3.2

位置誤差檢測方法（fǎ）

-伺服導向ERRC顯示驅動裝置的誤差值。因（yīn）為ERRC =進給速度/位置增益，所以當進給恒（héng）定時，ERRC理論上是恒定的。然而，由於螺杆、螺母副和軸承的磨損，驅（qū）動裝置的部件之間的約束發生變化。當係統定位（wèi）時（shí），為了實現精確定位，必須不斷地進行調整，這反映在機床的一個軸驅動裝置的振動上。機床的位置增益設定值越高（gāo），相同進給速度下的ERRC值越小，但同時對機床驅動裝置的剛（gāng）度和約束要（yào）求越（yuè）高。當機床驅（qū）動裝置的剛度和約束與（yǔ）機（jī）床的位置增（zēng）益不匹配（pèi）時，就會發生振動。ERRC曲線（xiàn）可以作為（wéi）表征螺杆（gǎn）狀態的指（zhǐ）標。

3.3

監控（kòng）圖形分析

通過監測同一台機床在同一進（jìn）給中不同的1825(位置增益)值，可以（yǐ）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，降低了（le）機床的振動和（hé）ERRC曲線的幅值（zhí）。因此（cǐ），可以定期收集行車（chē）設備的ERRC曲線，建立數據庫，通過分析大量數據（jù），評估不同站（zhàn）點行車設備的狀態，從而進（jìn）行有效的預測性維護。

3.4

滾珠絲杠（gàng）位置（zhì）誤差的計算

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，其值決定速度增益。speed =[NO 2021+256/256]×100 NO 1825:位置（zhì）環增益，單位誤差(P)為0。01/s =[進給速度/60 ×位置增益]×1/檢測（cè）單元No1826:快速指令到位寬度。No1827:切割指令的原位（wèi）寬（kuān）度。到位:定位結束。根據係統移動指令和反饋指令之間的差異，確定定位是否完成。位置偏差值存儲在誤差寄存器中，其值可以通過（guò）診斷DGN300讀（dú）取。No1828:運動中的誤差極限值。當錯誤寄存器的值超過其（qí）值時，ALM411發出（chū）報警。No1829:靜止時的誤差極限值。當錯誤寄存器的值超過其值時，ALM410發出報警。

3.5

伺服導向調節原理

1)增加位置增益可以（yǐ）提高係統的定位和加工精度。調節量是以係統不會產生振動和超調為前（qián）提的。同時（shí），所有（yǒu）差動補償軸的增益（yì）應該一致。

2)提高（gāo）速度增益可以提高電機的速度響（xiǎng）應（yīng）和加速能力，但過高的速（sù）度增益會使機床產生（shēng）振動。

3)當發生振動時，在（zài）降低速度和位置（zhì）增（zēng）益之前，可以使（shǐ）用轉矩命令濾波器進（jìn）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（dī）速度和位置（zhì）增益。轉矩指令濾波器:對應於高於包含在輸出轉矩指令中的（de）設定頻率的共振頻率的轉矩指令被濾出（chū）以減少振（zhèn）動。

3.6

驅動（dòng）側（cè）調整方法

移動過程中手動設置下位置增益參數1825，增加誤差值參數1828，可以改善絲杠定位引起的振動，有（yǒu）圓弧插補、曲線、倒角的偏置軸增益要保持一致。所有參（cān）數調整都要以不影響加工精度和調整量為前提。手動設置上述參（cān）數後，係統（tǒng）的性能（néng）應該會有所提高。如果仍達不到精（jīng）度要求，隻能從其他方麵考慮（lǜ）:機床（chuáng）的機械部分、加工刀具、加工程序、加工速度（dù）、進給（gěi）速度、進給方式（shì）、冷卻方式等。這些因素都會影響加工效果（guǒ）。

3.7

滾珠絲杠的故障狀（zhuàng）態識別

滾（gǔn）珠絲（sī）杠長期（qī）運轉產（chǎn）生的磨損間（jiān）隙將直接影響加工中心的傳（chuán）動精度和剛度。一般現象（xiàng）有反向間隙（xì）大（dà）、定位精度不穩（wěn）定、機床振（zhèn）動、螺母（mǔ）副卡死、進給爬行等。並且係統參數的調整已經（jīng）超過了調整量，當加工精度不能滿足（zú）要求時，基（jī）本可以判斷螺杆已經失效。

四

結束語

本設計主要分析了滾珠絲杠在加工中心的應用，並基本介紹了滾（gǔn）珠絲杠的結構類型和技術特（tè）點。通過這次技術應用，我進一（yī）步鞏固和（hé）提高了（le）自己的專（zhuān）業知識，尤其是螺釘的選擇和螺釘的精度檢測。