孫 鵬

（岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 岳陽 414000）

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的各直線軸多采用滾珠絲杠螺母副傳動，滾珠絲杠螺母副的傳動精度直接影響到數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行精度和加工品質(zhì)。滾珠絲杠螺母副的相關(guān)故障會導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)定位精度下降，反向間隙過大，機(jī)械爬行，噪音過大，剛性不足等故障現(xiàn)象，影響機(jī)床的正常使用。所以，及時排除因滾珠絲杠螺母副所產(chǎn)生的故障，是保證數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行及加工品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。

1 滾珠絲杠概述

1.1 滾珠絲杠的性能

滾珠絲杠的性能要求十分嚴(yán)格，其要求傳動可靠性高，不易磨損，可長期無故障運(yùn)行，還須傳動靈敏，運(yùn)行精度高，不易產(chǎn)生爬行。同時，傳動效率要高，運(yùn)行平穩(wěn)，一般為η=0.92~0.96，在施加預(yù)緊力后，可消除軸向間隙，在反向時無空行程。但是，其缺點(diǎn)是不能自鎖，垂直安裝時需有平衡裝置。

1.2 滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)

（1）按滾珠絲杠的傳動形式可分為絲杠轉(zhuǎn)動傳動和螺母轉(zhuǎn)動傳動。

絲杠轉(zhuǎn)動是指：絲杠轉(zhuǎn)動，螺母固定在工作臺上。絲杠旋轉(zhuǎn)推動螺母，螺母帶動工作臺做往復(fù)運(yùn)動。一般我們常見的都是這種類型的安裝方式。

螺母傳動是指：絲杠被固定，螺母通過軸承固定在工作臺上，伺服電機(jī)帶動螺母旋轉(zhuǎn)，螺母沿絲杠做軸向運(yùn)動，進(jìn)而帶動工作臺運(yùn)動。這種傳動方式一般用于絲杠較長的機(jī)床上，防止絲杠因剛性不足而產(chǎn)生震動和變形。

（2）按滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)可分為：內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種方式。

外循環(huán)方式的滾珠絲杠螺母由絲杠、滾珠、回珠管和螺母組成。與內(nèi)循環(huán)方式的主要區(qū)別在于，螺母螺旋槽的兩端用回珠管連接起來，使?jié)L珠能夠從一端重新回到另一端，構(gòu)成一個閉合的循環(huán)回路。

內(nèi)循環(huán)方式的滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)關(guān)鍵是在螺母的側(cè)孔中裝有圓柱凸輪式反向器，反向器上銑有S形回珠槽，將相鄰兩螺紋滾道連接起來。滾珠從螺紋滾道進(jìn)入反向器，借助反向器迫使?jié)L珠越過絲杠牙頂進(jìn)入相鄰滾道，實現(xiàn)循環(huán)。

1.3 滾珠絲杠的工作原理

這里我們只簡述外循環(huán)滾珠絲杠的工作原理，內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠的工作原理與其類似。如圖1 所示，外循環(huán)滾珠絲杠由絲杠1、滾珠2、回珠管3 和螺母4組成。在絲杠1 和螺母4 上各加工有圓弧形螺旋槽，將它們套裝起來便形成了螺旋形滾道，在滾道內(nèi)裝滿滾珠2。當(dāng)絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)時，絲杠的旋轉(zhuǎn)面經(jīng)滾珠推動螺母軸向移動，同時，滾珠沿螺旋形滾道滾動，使絲杠和螺母之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠與絲杠、螺母之間的滾動摩擦。滾珠通過回珠管從一端重新回到另一端。

圖1 外循環(huán)滾珠絲杠

2 滾珠絲杠主要故障及原因

因滾珠絲杠傳動系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床各機(jī)構(gòu)中實際運(yùn)行最為頻繁，各零部件經(jīng)常產(chǎn)生機(jī)械磨損和潤滑不良，因而，常常出現(xiàn)定位精度下降，反向間隙過大，機(jī)械爬行，軸承磨損嚴(yán)重，噪音過大等故障。當(dāng)這些故障出現(xiàn)時就要我們對此做出正確的診斷，才能及時修復(fù)設(shè)備。滾珠絲杠在運(yùn)行中產(chǎn)生的故障現(xiàn)象主要可以分為2 類，其具體原因如下。

2.1 反向間隙大，定位精度差，加工零件尺寸不穩(wěn)定

滾珠絲杠螺母副及其支撐系統(tǒng)由于長時間運(yùn)行產(chǎn)生的磨損間隙，將直接影響數(shù)控機(jī)床的傳動精度和剛性。一般故障現(xiàn)象有：反向間隙大、定位精度不穩(wěn)定等。根據(jù)磨損具體產(chǎn)生的位置，故障原因可細(xì)分為以下幾類：

（1）滾珠絲杠支撐軸承磨損或軸承預(yù)加負(fù)荷墊圈配的不合適。

（2）滾珠絲杠雙螺母副產(chǎn)生間隙，滾珠磨損。（3）滾珠絲杠單螺母副由于磨損產(chǎn)生間隙。（4）螺母法蘭盤與工作臺之間沒有固定牢，產(chǎn)生間隙。

2.2 滾珠絲杠副運(yùn)動不平穩(wěn)，噪音過大

這種故障現(xiàn)象主要因一些人為原因產(chǎn)生，具體如下：

（1）伺服電機(jī)驅(qū)動參數(shù)未調(diào)整好。（2）絲杠絲母潤滑不良。

3 檢測與維修

滾珠絲杠所產(chǎn)生故障是多種多樣的，沒有固定的模式。有的故障是漸發(fā)性故障，要有一個發(fā)展的過程，隨著使用時間的增加越來越嚴(yán)重；有的是突發(fā)性故障，一般沒有明顯的征兆，這種故障是各種不利因素及外界共同作用而產(chǎn)生的。所以通過正確的檢測來確定真正的故障原因，是快速準(zhǔn)確維修的前提。

3.1 滾珠絲杠螺母副及支撐系統(tǒng)間隙的檢測與修理

當(dāng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)反向誤差大，定位精度不穩(wěn)定，過象限出現(xiàn)刀痕時，首先要檢測絲杠系統(tǒng)有沒有間隙。檢測的方法是:用百分表配合鋼球放在絲杠的一端中心孔中，測量絲杠的軸向竄動，另一塊百分表測量工作臺移動；正反轉(zhuǎn)動絲杠，觀察兩塊百分表上反映的數(shù)值，根據(jù)數(shù)值不同的變化確認(rèn)故障部位。

（1）絲杠支撐軸承間隙的檢測與修理

如測量絲杠的百分表在絲杠正反向轉(zhuǎn)動時指針沒有擺動，說明絲杠沒有竄動；如百分表指針擺動，說明絲杠有竄動現(xiàn)象，該百分表最大與最小測量值之差就是絲杠的軸向竄動的距離。這時，我們就要檢查支撐軸承的背帽是否鎖緊，支撐軸承是否已磨損失效，預(yù)加負(fù)荷軸承墊圈是否合適。如果軸承沒有問題，只要重新配做預(yù)加負(fù)荷墊圈就可以了。如果軸承損壞，需要把軸承更換掉，重新配做預(yù)加負(fù)荷墊圈，再把背帽背緊。絲杠軸向竄動大小主要在于支撐軸承預(yù)加負(fù)荷墊圈的精度。絲杠安裝精度最理想的狀態(tài)是沒有正反間隙，支撐軸承還要有0.02 mm 左右的過盈。

（2）滾珠絲杠雙螺母副產(chǎn)生間隙的檢測與維修

通過檢測，如果確認(rèn)故障不是由于絲杠竄動引起的，那就要考慮是否是絲杠螺母副之間產(chǎn)生了間隙，這種情況的檢測方法基本與檢測絲杠竄動相同，用百分表測量與螺母相連的工作臺上，正反向轉(zhuǎn)動絲杠，檢測出絲杠與螺母之間的最大間隙，然后進(jìn)行調(diào)整。

方法如圖2 所示，調(diào)整墊片4 的厚度，使左右兩螺母1、2 產(chǎn)生軸向位移，從而消除滾珠絲杠螺母副間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力。因絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)不同，所以調(diào)整方法也不同，這里不一一列舉。

圖2 絲杠螺母副間隙調(diào)整

（3）單螺母副的檢測與維修

對于單螺母滾珠絲杠，絲杠螺母副之間的間隙是不能調(diào)整的。如檢測出絲杠螺母副存在間隙，首先檢查絲杠和螺母的螺紋圓弧是否已經(jīng)磨損，如磨損嚴(yán)重，必須更換全套絲杠螺母；如檢查磨損輕微，就可以更換更大直徑的滾珠來修復(fù)。在修復(fù)時，首先要檢測出絲杠螺母副的最大間隙，換算成滾珠直徑的增加，然后選配合適的滾珠重新裝配。這樣的維修是比較復(fù)雜，所需時間長，要求技術(shù)水平高。

（4）螺母法蘭盤與工作臺連接沒有固定好而產(chǎn)生的間隙

這個問題一般容易被人忽視，因機(jī)床長期往復(fù)運(yùn)動，固定法拉盤的螺釘松動產(chǎn)生間隙，在檢查絲杠螺母間隙時最好把該故障因素先排除，以免在修理時走彎路。

（5）滾珠絲杠螺母副運(yùn)動不平穩(wěn)、噪音過大等故障的維修

滾珠絲杠螺母副運(yùn)動不平穩(wěn)和噪音過大，大部分是由于潤滑不良造成的，但有時也可能因伺服電機(jī)驅(qū)動參數(shù)未調(diào)整好造成的。

3.2 軸承、絲杠螺母副潤滑不良

機(jī)床在工作中如產(chǎn)生噪音和振動，在檢測機(jī)械傳動部分沒有問題后，首先，要考慮到潤滑不良的問題，因為很多機(jī)床經(jīng)過多年的運(yùn)轉(zhuǎn)，絲杠螺母自動潤滑系統(tǒng)往往堵塞，不能自動潤滑。這時，可以在軸承、螺母中加入耐高溫、耐高速的潤滑脂就可以解決問題，潤滑脂能保證軸承、螺母正常運(yùn)行數(shù)年之久。

3.3 伺服電機(jī)驅(qū)動問題

有的機(jī)床在運(yùn)動中產(chǎn)生振動和爬行，往往檢測機(jī)械部分均無問題，不管怎樣調(diào)整都不能消除振動和爬行。經(jīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)伺服電機(jī)驅(qū)動增益參數(shù)不適合實際運(yùn)行狀況。調(diào)整增益參數(shù)后，就可消除振動和爬行故障。

4 結(jié)束語

以上對于數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)的闡述，是我們幾年中近百次數(shù)控機(jī)床的調(diào)試和維修的經(jīng)驗總結(jié)。雖然數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠所產(chǎn)生故障是多種多樣的，維修方法也不盡相同，一篇短文很難盡述，但是我們?nèi)韵Ｍ岩恍┗痉椒ㄅc思路寫出來，與大家交流以期能引起人們對數(shù)控維修技術(shù)的重視，維修技術(shù)的直接目的和結(jié)果是使數(shù)控機(jī)床恢復(fù)正常運(yùn)行，從而保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

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