1、滚珠丝杠的使用与发展趋势栏目编辑:任悦 Email:qiziyu666126con3滚珠丝杠的使用与发展趋势现代机床业的发展 El 益向着自动化,高速化,精密化,柔性化,智能化的方向发展,机床的结构力求简单,可靠,部件专业化,其基本组成部分已可分为数控部分,传动部分,加工部分.其中的传动部分与加工部分的代表部件为直线导轨,直线电动机,滚珠丝杠副与电主轴.滚珠丝杠副作为主要的传动部件之一,已有 50 多年的发展历史,但其大规模的应用却是近 20 多年的事情.现代机床的发展,需要高的传动精度,定位精度,以及宽的进给调速范围,要求响应速度快,传动无间隙,传动机构稳定性好,寿命长,使用维护方便,滚珠丝
2、杠副正好适应了这种发展的需要.滚珠丝杠副是将螺母与丝杠分别加工成凹半圆弧螺纹,在螺纹之间放入滚珠形成的.滚珠沿螺旋滚道滚动,带动螺母或丝杠轴向移动,将原先传动中使用的 T 形丝杠的螺纹摩擦变为滚动摩擦,因为降低了摩擦阻力,消除了局部爬行现象,从而提高了传动精度与传动机械效率.滚珠丝杠副有很多优点,主要为传动效率高,约为92% 96%,可消除轴向移动产生的间隙,定位精度高,刚度好,运动平稳,无爬行现象,传动精度好.再次,旋转运动变为直线运动,丝杠与螺母都可作为主动件,磨损小,使用寿命长.但滚珠丝杠副制作工艺复杂,精度要求高,且不能自锁.现代滚珠丝杠副已作为机床上的一种不可缺少的配置而由专业厂家大
3、规模的生产,各种不同结构的滚珠丝杠副,其主要的区别在于螺纹滚道的截面形状,滚珠的循环方式及轴向间隙与预紧载荷的调整方式等三各方面.滚珠丝杠副的螺纹滚道型面的形状有多种,国内投产的仅有单圆弧型面与双圆弧型面两种,接触角皆为 45.1.精度等级根据使用范围及要求将滚珠丝杠副分为定位滚珠丝杠副(P),传动滚球丝杠lJ(T),精度分为七个等级 ,即 1,2,3,4,5,7,10 级,1 级精度最高,依次逐渐降低.2.结构形式滚珠丝杠副内滚珠的循环方式可分为两种,内循环与外循环.济宁职业技术学院机电系杨淑启济宁博特精密丝杠制造有限公司王志民外循环是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔,孔与螺旋槽相切,
4、作为滚珠的进口与出口,再在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孔,并在两孔处装上挡珠器,以回珠管相连,形成一个封闭的循环滚道,这种结构制造简单,使用广泛.但滚道与挡珠器的接缝处,难以作的平滑,影响滚珠滚动的平稳性,并产生噪声.内循环使用返向器实现滚珠循环.在螺母的外侧钻孔,装上连通相邻滚道的返向器,迫使滚珠越过螺纹牙顶进入相邻滚道.通常一个螺母上装有三个返向器,这三个返向器沿螺母圆周错开 120.,轴向间隔 4/37/3 个导程,或装有两个返向器,返向器错开 180.,轴向间隔为 3/2 个导程. 返向器有两种形式,圆柱凸键反向器与扁圆镶块返向器,两种返向器相比,后者的尺寸较小,从而减小了螺母的径
5、向尺寸,缩短了轴向尺寸,但这种返向器结构复杂,制造困难,且不能用于多头螺纹传动.在滚珠的循环中,滚珠在进入与离开循环返向装置时,容易产生较大的阻力,而且滚珠在返向滚道中的运动多属于前珠推后珠的滑移运动.很少有滚动,因而滚珠在返向装置中的摩擦力在整个滚珠丝杠副的摩擦力中,所占的比重较大,而不同的循环返向装置由于回珠通道连接与运动的不同,以及回珠曲线的差异,比重也有所不同.滚珠丝杠副除了对本身单方向的进给精度有要求外,对其轴向间隙也有严格的要求,以保证反向传动精度,滚珠丝杠副的轴向间隙,会造成滚珠丝杠副起动,停止,以及受冲击载荷时运动的不稳定,反向时有空行程,影响传动精度与定位精度,滚珠丝杠副的轴
6、向间隙,是负载的滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量与螺母原有间隙的总和.要做到完全消除间隙是比较困难的,通常采用双螺母预紧的方法,把弹性变形量控制在最小限度内.目前制造的外循环单螺母的轴向间隙较大,而双螺母经过预紧后,基本上能消除轴向间隙.应用此结构时,应注意通过预紧力产生预拉变形以减少弹性变形所引起的位移时,该预紧力不能太大,否则会引起驱动力矩较大,传动效率降低,使用寿命缩短.当用双螺母消除间隙时,有三中方法:(1)垫片调隙式.通常用螺钉来连接滚珠丝杠副两个螺母2005山 Iy65的凸缘,并在凸缘间加垫片,通过调整垫片的厚度,来使螺母产生轴向位移,以达到消除间隙与产生预紧力的目
7、的.这种结构的特点是结构简单,可靠性好,刚度好及装卸方便,但调整费事,并且在工作中不能随意调整.除非更换厚度不同的垫片.(2)螺纹调隙式.双螺母中的一个螺母的外端有凸缘而另一个没有凸缘而制有螺纹,它伸出套筒外,并用两个圆螺母固定这.旋转圆螺母时,即可消除间隙,并可产生预拉紧力.调整好后,再用另一个圆螺母把它锁紧.双螺母调整的特点是,结构紧凑,调整方便,故应用广泛,但双螺母调整间隙不很精确.(3)齿差调隙式.在两个螺母的凸缘上分别有圆柱齿轮,两者相差一个齿,并装入内齿圈中,内齿圈钉或定位销固定在套简上.调整时,先取下两端的内齿圈,当两个滚珠螺母相对于套简同方向转动相同齿数时,一个滚珠螺母相对于另
8、一个滚珠螺母产生相对角位移,从而使滚珠螺母相对于滚珠丝杠副的螺旋滚道产生相对位移,达到消除间隙并施加预紧力的目的.设滚珠丝杠副的螺距导程为 P,两侧的内齿轮齿数分别为 zl,z2,如两齿沿同一方向各转过一个齿时,其轴向位移量为 e=P/zlz2.齿差式调隙调整间隙,调整准确,但结构尺寸大,装配比较复杂,使用于高精度的传动机构.除了上述的三种双螺母加预紧力的方式外,还有单螺母变导程自预紧及单螺母钢球过盈预紧方式.3.设计选用及安装注意事项(1)为提高滚珠丝杠副的使用帮命和精度的稳定性,应使作用在螺母上的合力通过丝杠轴心,以保证滚珠受力均匀,避免倾覆力矩的产生.(2)滚珠丝杠采用两端固定支承比一端
9、固定一端自由有更大的安全性和更大的临界速度(相差值为 67 倍)和更高的刚性(3 4 倍), 所以尽量采用两端固定支承方式,并保证两端支承座孑 L 与螺母座孑 L 的精度和同轴度.(3)建议采用适应于数控机床不大的接角(60.) 轴承以防止产生间隙.(4)单螺母设计时,应使螺母和丝杠同时受拉伸或压缩应力,以利于几列滚珠上的载荷均匀.(5)主机应配备行程保护装置,以防止滚珠丝杠遭撞击后影响精度和使用寿命.(6)济宁博特精密丝杠制造有限公司的滚珠丝杠副出厂前已按要求调至您所需要的预紧力,如随意拆开或是过行程又旋转回去,则需及时与厂联系,以便重新装配调整预紧力.(7)滚珠丝杠副出厂时已清洗并涂上防锈
10、油,滚珠螺母内已注满锂基润滑脂(2/3), 如有进厂检验规定 ,则检验完毕后,可注滚珠轴承的各种润滑脂,但不要忘记涂防锈油.66July2005(8)严禁敲击和拆卸导珠管,以免造成滚珠堵塞,运转不流畅.国外采用一种滚珠丝杠专用轴承,这是一种能承受很大轴向力的特殊向心推力滚珠轴承,其接触角加大到 60.,增加了滚珠数目,并相应减少了滚珠直径,其轴向刚度比一般推力轴承提高两倍以上,使用也极为方便.为提高机械加工的效率,须提高丝杠的线移速度,一般可采取提高丝杠的转速来提高,但由此可导致丝杠的温度升高,振动加大,甚至进入共振区.其他可采取丝杠不动而螺母主动的方法,螺母装在电动机上旋转,或采取多根滚珠丝
11、杠副并列传动的方法.滚珠丝杠副的主要失效形式为疲劳点蚀,在额定动载荷作用下,疲劳寿命为 106r.滚珠丝杠常用润滑剂来提高耐磨性即传动效率.润滑剂常用润滑油及润滑脂,一般为 90180 透平油或 140 主轴油及锂基油脂.为防止外界的尘土进入,滚珠丝杠副常用防尘密封圈与防护罩.密封圈装在滚珠丝杠螺母的两端,有接触式与非接触式两种结构形式.防尘罩能防止尘土及硬物杂质进入滚珠丝杠,形式有锥形管,伸缩套管等.目前,国际上滚动功能性部件正沿着高速,高精,高载,复合化,智能化的方向发展,高速机床现在的快移速度要求达到 60m/min.国际上,为了描述丝杠的高速性,一般以 dn 值来比较,d 为丝杠的公称
12、直径,12 为丝杠的转速,传统的滚珠丝杠,dn值最高在 50000 到 70000,理论上速度的最大值可达 70m/min,但一般低于 60m/min,且为最高速,所以,最好的方法是对现在的滚珠丝杠副进行改进.一般的方法是同时加大滚珠丝杠副的导程与提高的丝杠的转速,经过多次试验寻找两者的平衡结合点,但速度的提高导致温度的升高,振动的加大,原有的材料的使用限制决定速度不可能有突破性的提高,应再寻找合适的材料,日本在此做的较好,其应用新材料加改进的丝杠的设计,已使 dn值超过了 150000.其他的方法为将丝杠的中心钻孑 L,其中通人切削液 ,进行丝杠的强制性冷却,以减少或消除温度的升高给丝杠精度
13、的致命伤害.采用此方法,温度浮动范围控制在 l内 ,可有效的降低滚珠丝杠副的温升及膨胀量,大幅度的提高丝杠的线速度.应用此方法,dn 值可达到 200000.线速度的提高带之而来的是滚珠循环次数的提高,此时,循环系统的设计又变得重要.回珠路线的设计与滚珠本身的材料与运动时离心力的大小,对丝杠的性能有重大的影响.首先应加强滚珠引导部位的强度,在考虑滚珠离心力的条件栏目编辑:任悦 E-mail:qiziyuBB6126con*)CAXA 软件在江苏智思的成功应用江苏智思机械制造有限公司是国家烟草专卖局烟机专卖生产企业,是江苏省唯一定点生产烟机主机,集科研,设计,制造于一体的新型高科技企业.公司共有
14、员工 200 人,其中技术人员约 40 人.公司致力于烟草加工设备的研究与开发,承担制丝线的工艺设计,设备制造和安装调试,产品种类多而全.张松华本能满足使用.工艺部门人员较少,只有 4 人,多数企业都是重设计,轻工艺,智思也不例外,只有这几人,要应付 30人的设计队伍,困难可想而知,使用 CAXA 工艺软件后,工作效率成倍提高,解决了文档和 CAD 不能解决的问题,把两者功能很好地结合起来.三,CAXA 工艺汇总软件的应用一.cAXA 电子图板的应用过程使用 CAXA 汇总软件后,减轻了劳动强度,提高了工在运用 CAXA 电子图板以前,设计软件以国外某 CAD 效,减少了重复劳动,解决了文档中
15、不能画图和 CAD 中文软件为主,随着软件不断的升级,从起步阶段的版本到现在字输入不方便的问题,使用频度高的文字可做人到软件中,的各种版本都有,运用不同版本的软件设计,由于设计人员只需点击,很方便.汇总软件解决了原来需要手工做的繁锁使用操作水平的差异,经常出现文件打不开,乱码等现象,工作,只要设计正确,汇总保证不出错,一套图纸汇总只需给设计带来了麻烦.几十秒就行,而且几十套设计软件汇总软件只需 l 套就行,通过了解分析与认证,最终决定使用 CAXA 公司的产就能满足需要,大大提高了工作效率.品,一次性购买了 25 套二维设计软件,3 套工艺图表软件和l 套汇总软件,通过一段时间的使用,效果良好
16、.四,结束语自使用 CAXA 软件后,给智思创造了良好的经济效益二 CAXA 工艺软件的应用和社会效益.展望未来,智思将在工艺,工装设计方面更有CAXA 软件的应用几乎覆盖了智思所有的几十种产品.效的运用 CAXA 软件,使产品开发更高效,更系统,更规如主产品叶丝膨化,梗丝膨化,流化干燥,提升机,喂料机,范.并逐步提高 CAD 的应用,实现产品从设计到加工全过回潮机等.我们工艺上以满足生产需要为主,用于编制工艺程的一体化.同时希望CAXA 能急用户所急,及时推出更片卡和工装设计.新版本或补丁来完善软件,在提高软件开发管理的水平的CAXA 软件主要在设计部门与工艺部门使用,设计部基础上,推出更适
17、合中国企业所需要的 CAD 软件.?-门有 30 人左右,由于有部分人员经常出差,现有的软件基下重新修正滚道外形面,再次,降低滚珠的离心力,减少滚级.初级与次级之间可相互移动.直线电机有很多优点,可珠直径,采用轻量材料.做成多种形式,首先,直线电机以一个部件实现直线移动,取我国滚动部件与国外有较大差距,首先在材料上,国外消了电机到工作台的中间环节,实现了工作台进给的“零传发达国家采用滚珠丝杠专用钢材,而我国采用轴承钢,其次,动“,阻力小,寿命长.再次,推力大,速度快,加速度高,在工艺上也有较大的差距.我国的滚珠丝杠副即使在实验室直线电动机的加速度可达十几个 g,空载时,速度可达每分的条件下,速
18、度也很难超过 50m/min.钟数百米.由于直线电动机没有中间环节,系统精度高,全这些年来,高速加工技术与高速机床的迅速发展,已初程定位精度与重复精度都可达 lure 甚至更小.直线电动机靠步显现“伺服电动机 +滚珠丝杠“的模式不能适应机床高速,初级与次级的相对平移产生运动,初级与次级以面相对,因高精,高载的要求,国外转而采用直线电动机.直线电动机而,初级与次级都可做的很长,其移动范围可轻而易举的达是一种将电能直接转换成机械能的电力装置,其结构类似于到十几米.我国在此方面刚刚起步,应在做更多的努力.把一台旋转电机沿着半径剖开,并展开.在直线电动机中,相_当于旋转电机定子的,叫初级,相当于旋转电机转子的叫次(收稿日期:20050608)20o53ulY67
