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        影響滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的原因及解決方法

        2013-07-09 11:40:58陜西漢江機(jī)床有限公司漢中723003馬宇理閆篤政
        金屬加工(冷加工) 2013年16期
        關(guān)鍵詞:圓度平穩(wěn)性滾珠

        陜西漢江機(jī)床有限公司 (漢中 723003) 馬宇理 閆篤政

        滾珠絲杠副是絲杠和螺母間以鋼球?yàn)闈L動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)元件。它可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或者將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),它以傳動(dòng)效率高、精度高、精度保持性好、重復(fù)定位精度好、承載能力大、極限轉(zhuǎn)速高而著稱,被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床及其他高、精、尖數(shù)控產(chǎn)品,機(jī)電一體化產(chǎn)品等產(chǎn)品的傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)當(dāng)中。

        滾珠絲杠副的運(yùn)動(dòng)性能包括運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性兩大項(xiàng)。運(yùn)動(dòng)精度包括定位精度、重復(fù)定位精度、返向誤差等,它直接關(guān)系到機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度,進(jìn)而影響到所加工零件的尺寸及形位精度;運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性直接影響著機(jī)床的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性,直接導(dǎo)致它所驅(qū)動(dòng)的元件——工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性,繼而影響到機(jī)床加工零件表面質(zhì)量。

        滾珠絲杠副的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性反映在運(yùn)動(dòng)部件上,具體表現(xiàn)為所驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)元件的穩(wěn)定性,最直接表現(xiàn)就是滾珠絲杠副所驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中工作臺(tái)平穩(wěn)性。平穩(wěn)性好,則工作臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn),無(wú)顫動(dòng),加工零件質(zhì)量符合要求;平穩(wěn)性差,則工作臺(tái)運(yùn)行不平穩(wěn),嚴(yán)重時(shí)則出現(xiàn)工作臺(tái)抖動(dòng)、導(dǎo)致加工的零件表面出現(xiàn)振紋、零件表面粗糙度超差,同時(shí)使工件表面尺寸發(fā)生變化,造成被加工零件報(bào)廢。具體原因?yàn)椋簼L珠絲杠副運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩(摩擦力矩)大小變化過(guò)大,在未裝機(jī)的滾珠絲杠副中即單個(gè)滾珠絲杠成品中,主要表現(xiàn)為滾珠絲杠副在一圈轉(zhuǎn)動(dòng)中力矩的變動(dòng),滾珠絲杠副在整個(gè)運(yùn)動(dòng)行程中力矩大小的變化,以及運(yùn)動(dòng)中力矩突變有卡死現(xiàn)象發(fā)生。

        滾珠絲杠副在一圈轉(zhuǎn)動(dòng)中出現(xiàn)力矩周期性變化主要原因之一是滾珠絲杠副裝配質(zhì)量差。返向元件與滾珠螺母滾道出入口對(duì)接的平滑度差。如附圖所示,如果螺母滾道出口與返向元件軌道出口平滑過(guò)渡,滾動(dòng)體在滾珠螺母滾道向返向元件軌道運(yùn)動(dòng)過(guò)程及返向元件軌道向螺母滾道運(yùn)動(dòng)過(guò)程中(在滾道出入口處)運(yùn)動(dòng)流暢,滾道與返向器接口無(wú)阻滯;反之,如果螺母滾道出口與返向元件軌道出口不是平滑過(guò)渡即螺母滾道比返向器軌道高或者螺母滾道比返向器軌道低(一般情況下螺母滾道比返向器軌道高),則滾動(dòng)體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)受阻,造成運(yùn)動(dòng)不流暢,滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差及絲杠動(dòng)靜態(tài)手感差。滾珠絲杠副中返向元件數(shù)量越多,出入口數(shù)量就越多,從零件裝配性來(lái)看保證其平滑就越困難,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性就越差。

        返向元件與滾珠螺母滾道出入口對(duì)接

        在同樣的循環(huán)圈數(shù)下,內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)比外循環(huán)結(jié)構(gòu)的出入口數(shù)量多,而外循環(huán)結(jié)構(gòu)又比端面返向結(jié)構(gòu)出入口數(shù)量多,故從裝配工藝性來(lái)看,內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)裝配工藝性就要差,外循環(huán)結(jié)構(gòu)次之,端面返向結(jié)構(gòu)工藝性最好。這就是為什么高速運(yùn)動(dòng)的滾珠絲杠副優(yōu)先選用端面返向結(jié)構(gòu),其次選用外循環(huán)杠結(jié)構(gòu)形式,而極少采用內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)形式的原因所在。

        滾珠絲杠副在一圈轉(zhuǎn)動(dòng)中力矩出現(xiàn)周期性變化主要原因之二:零件加工質(zhì)量的影響,主要是滾珠絲杠螺紋滾道圓度與滾珠螺母螺紋滾道圓度的影響。因?yàn)樵诹慵庸ぶ校瑵L道均會(huì)產(chǎn)生圓度誤差,當(dāng)滾珠絲杠與滾珠螺母做相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),滾珠螺母繞絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)做圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)二者的圓度誤差較小或裝配后轉(zhuǎn)動(dòng)中二者的低點(diǎn)與高點(diǎn)嚙合時(shí),運(yùn)動(dòng)就變得很平穩(wěn);當(dāng)二者的高點(diǎn)與高點(diǎn)或者低點(diǎn)與低點(diǎn)嚙合時(shí),運(yùn)動(dòng)就變得異常不平穩(wěn)。圓度誤差越大這種現(xiàn)象就越明顯,這時(shí)滾珠絲杠副在轉(zhuǎn)動(dòng)中就會(huì)出現(xiàn)半圈緊、半圈松的情況,導(dǎo)致滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)抖動(dòng),嚴(yán)重時(shí)影響到機(jī)床工作臺(tái),致使其在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)抖動(dòng),加工出的零件尺寸精度及形位誤差、表面粗糙度超差。

        影響滾珠絲杠副在整個(gè)運(yùn)動(dòng)行程中動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩(摩擦力矩)大小變化的主要原因是,受滾珠絲杠副公稱直徑變動(dòng)量即滾道中徑尺寸平行度的影響。滾珠絲杠在加工中受切削刀具及刀具磨損的影響,公稱直徑尺寸即中徑尺寸出現(xiàn)變化就成為無(wú)法避免的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,這種情況只是不同的生產(chǎn)廠家,受加工工藝及加工設(shè)備、操作人員水平、加工工藝參數(shù)選擇的不同,加工出的滾珠絲杠公稱直徑的尺寸變動(dòng)量大小不同而已。工藝參數(shù)選擇越合理,操作人員技術(shù)水平越高,采用的加工方法越先進(jìn)的廠家,這方面就控制得越好,反之就越差。加工刀具磨損小、中徑尺寸變動(dòng)量小;反之中徑尺寸變動(dòng)量越大。在加工方式的選擇上,目前加工螺紋的方法不外乎磨削、旋銑、冷擠壓(軋制),這三種方法中,砂輪磨粒在磨削過(guò)程中產(chǎn)生磨損、脫落,進(jìn)而導(dǎo)致砂輪直徑的變化,最終影響到絲杠中徑尺寸的變化,這種情況與所選砂輪的質(zhì)量有直接的關(guān)系。這也是中經(jīng)尺寸相對(duì)于其他兩種方法最不易控制的加工方法。另滾珠絲杠副精度越高,公稱直徑尺寸變動(dòng)量要求越高,在同樣長(zhǎng)度尺寸下,動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變化就越小。

        如何提高滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性,首要問(wèn)題就是要根據(jù)不同的使用情況,選擇合理的循環(huán)結(jié)構(gòu)形式;其次提高滾珠絲杠及滾珠螺母的零件加工精度即提高零件質(zhì)量,嚴(yán)格控制滾珠絲杠及滾珠螺母滾道圓度及中徑尺寸變動(dòng)量,降低滾道表面粗糙度值;三是提高零件裝配質(zhì)量,保證裝配中滾道與返向元件出入口平滑過(guò)渡;四是在加工及裝配上解決的同時(shí),再?gòu)臐L珠絲杠副的安裝使用上嚴(yán)格按要求進(jìn)行,只有這樣才可保證滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的平穩(wěn)性,提高其運(yùn)動(dòng)精度。

        以上只是作者對(duì)影響滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)性能的一些見(jiàn)解,不妥之處,共同探討。

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