滾珠絲杠由于滾動接觸，啟動摩擦極小，對輸入敏感，可以精確移動，因此可以精細控制微小的運動。如果滑動絲杠的軸向間隙減小，就會轉(zhuǎn)向變重，但滾珠絲杠的滾珠與絲杠槽是點接觸，所以即使在預(yù)壓狀態(tài)下也能實現(xiàn)平穩(wěn)動作。滾珠絲杠可以通過選擇各種厚度的墊片來微調(diào)兩個螺母的預(yù)緊力，選擇合適的預(yù)緊力很容易獲得高剛度。另外，通過選擇單個螺母，可以實現(xiàn)無間隙狀態(tài)。滾珠絲杠整個滾動部分表面硬化，磨損小，能保持初始精度，可長期使用。

一

介紹

實際上，人們用螺釘來傳動的歷史并不長。傳統(tǒng)上，螺釘定位不佳且容易損壞。直到1898年，人們才首次嘗試在螺母和螺釘之間放置鋼球，以滾動摩擦代替滑動摩擦，以改善其定位不佳、易損壞的問題。1940年，滾珠絲杠被裝上了汽車的轉(zhuǎn)向裝置，這是滾珠絲杠應(yīng)用的一次重大革命，并逐漸取代了傳統(tǒng)的ACME絲杠。

直到最近幾年，滾珠絲杠已經(jīng)成為工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的部件之一。

2

滾珠絲杠的類型、結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點。

2.1

滾珠絲杠的類型

根據(jù)制造方法和精度的不同，目前市場上的滾珠絲杠機構(gòu)主要有兩種:研磨滾珠絲杠和滾動滾珠絲杠。滾珠循環(huán)方式包括循環(huán)導(dǎo)管、循環(huán)器和端蓋。預(yù)壓方法有定位預(yù)壓(雙螺母法、位置預(yù)壓法)和恒壓預(yù)壓。根據(jù)應(yīng)用選擇合適的類型。滾珠絲杠機構(gòu)作為一種高精度傳動元件，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、自動加工中心的電子精密機械進給機構(gòu)、伺服機械手、工業(yè)裝配機器人、半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備、食品加工包裝、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。

2.2

滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)

如果沿縱向切開滾珠絲杠機構(gòu)，可以看出它主要由絲杠、螺母、滾珠、滾珠回油管、防塵套等組成。

(1)螺桿是旋轉(zhuǎn)部件，是一種直線度非常高的螺紋，上面有半圓形的螺旋槽。半圓形螺旋槽是滾珠的滾道。

絲杠硬度高，通常表面淬火后進行磨削，以保證優(yōu)異的耐磨性。一般螺桿與驅(qū)動部分連接，螺桿的轉(zhuǎn)動由電機直接或間接驅(qū)動?？刹捎弥苯舆B接方式，即電機輸出軸通過專用彈性聯(lián)軸器與絲杠連接，傳動比為1；電機的輸出軸也可以通過其他傳動環(huán)節(jié)，如同步帶、齒輪等與絲杠連接。

(2)螺母用于固定需要移動的載荷，其作用類似于直線導(dǎo)軌機構(gòu)的滑塊。一般需要移動的各種負載(如工作臺、移動滑塊)用螺母連接，然后在工作臺或移動滑塊上安裝各種執(zhí)行機構(gòu)。螺母內(nèi)部加工有類似螺桿的半圓形滾道，并設(shè)計了供滾珠循環(huán)的回流管。螺母是滾珠絲杠機構(gòu)的重要部件，滾珠絲杠機構(gòu)的性能和質(zhì)量在很大程度上取決于螺母。

(3)防塵片用于防止外部污染物進入螺母。

由于滾珠絲杠機構(gòu)是精密部件，如果污染物(如灰塵、碎屑、金屬熔渣等。)在使用過程中進入螺母，可能會嚴重磨損滾珠絲杠運動副，降低機構(gòu)的運動精度和使用壽命，甚至損壞絲杠或其他部件。因此，螺母必須密封，防止污染物進入螺母。

(4)滾珠在滾珠絲杠機構(gòu)中，滾珠的作用與直線導(dǎo)軌和直線軸承中的作用相同。滾珠作為軸承體的一部分，直接承受，同時作為中間傳動元件，通過滾動傳遞運動。由于滾動運動，摩擦力很小。

(5)油孔滾珠絲杠機構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中需要良好的潤滑，因此應(yīng)定期添加潤滑油或潤滑脂。油孔供應(yīng)潤滑油。

2.3

滾珠絲杠有以下特點

(1)驅(qū)動扭矩小。滾珠絲杠機構(gòu)運行時，滾珠沿絲杠和螺母組成的螺旋滾道滾動，運動阻力極小。驅(qū)動力矩僅為螺紋絲杠機構(gòu)的1 /3不到，只需要很小的驅(qū)動功率。

(2)可逆滾珠絲杠機構(gòu)不僅可以將絲杠的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為螺母(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(zhuǎn)化為絲杠的旋轉(zhuǎn)運動。

(3)高精度滾珠絲杠機構(gòu)是一種高精度傳動機構(gòu)，在加工、裝配、檢測等環(huán)節(jié)都受到嚴格控制。此外，它在運行過程中產(chǎn)生的熱量更少，可以實現(xiàn)高傳動精度，準確定位負載。

(4)微量喂養(yǎng)。由于滾珠絲杠機構(gòu)中的滾珠處于滾動運動，啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動中容易出現(xiàn)的低速蠕動或爬行現(xiàn)象，因此可以實現(xiàn)高精度的微進給，最小進給量可以達到0。下午1點。

(5)剛性高如果滾珠絲杠機構(gòu)中存在軸向間隙，當(dāng)軸向載荷方向改變時，軸向間隙會成為載荷運動誤差的重要來源。

通過對滾珠絲杠機構(gòu)進行預(yù)緊，可以使軸向間隙為零或更小(負間隙)，從而獲得高剛度，提高機構(gòu)在負載下的運動精度。

(6)高速進給。由于滾珠絲杠機構(gòu)可以做成較大的導(dǎo)程，傳動效率高，發(fā)熱量低，可以實現(xiàn)高速進給。在保證低于滾珠絲杠機構(gòu)臨界轉(zhuǎn)速的前提下，長導(dǎo)程滾珠絲杠副可以達到100m/min甚至更高的進給速度。

(7)傳動效率在螺紋絲杠機構(gòu)中通常只有機械傳動效率的20% ~ 40%，而滾珠絲杠機構(gòu)可以達到很高的機械傳動效率，高達98%。

(8)使用壽命長。它運行時幾乎沒有磨損，因此可以達到很長的使用壽命。

三

滾珠絲杠精度檢測

3.1

滾珠絲杠位置誤差的產(chǎn)生

機床各軸由伺服系統(tǒng)驅(qū)動，該系統(tǒng)由伺服軸卡、伺服驅(qū)動器和伺服電機組成。其主要作用是伺服系統(tǒng)接收NC的位置指令，驅(qū)動電機進行定位控制。加工中心的x、Y和Z軸由滾珠絲杠驅(qū)動。驅(qū)動由伺服同步電機實現(xiàn)。滾珠絲杠螺母副在傳動過程中存在反向間隙，會導(dǎo)致工作臺反向時電機空轉(zhuǎn)，工作臺不動，造成半閉環(huán)系統(tǒng)誤差和全閉環(huán)系統(tǒng)位置環(huán)振蕩不穩(wěn)定。滾珠絲杠磨損越大，反向間隙越大，擺動越不穩(wěn)定。這就是所謂的位置誤差。

3.2

位置誤差檢測方法

-伺服導(dǎo)向ERRC顯示驅(qū)動裝置的誤差值。因為ERRC =進給速度/位置增益，所以當(dāng)進給恒定時，ERRC理論上是恒定的。然而，由于螺桿、螺母副和軸承的磨損，驅(qū)動裝置的部件之間的約束發(fā)生變化。當(dāng)系統(tǒng)定位時，為了實現(xiàn)精確定位，必須不斷地進行調(diào)整，這反映在機床的一個軸驅(qū)動裝置的振動上。機床的位置增益設(shè)定值越高，相同進給速度下的ERRC值越小，但同時對機床驅(qū)動裝置的剛度和約束要求越高。當(dāng)機床驅(qū)動裝置的剛度和約束與機床的位置增益不匹配時，就會發(fā)生振動。ERRC曲線可以作為表征螺桿狀態(tài)的指標。

3.3

監(jiān)控圖形分析

通過監(jiān)測同一臺機床在同一進給中不同的1825(位置增益)值，可以發(fā)現(xiàn)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，降低了機床的振動和ERRC曲線的幅值。因此，可以定期收集行車設(shè)備的ERRC曲線，建立數(shù)據(jù)庫，通過分析大量數(shù)據(jù)，評估不同站點行車設(shè)備的狀態(tài)，從而進行有效的預(yù)測性維護。

3.4

滾珠絲杠位置誤差的計算

滾珠絲杠傳動中位置誤差的計算及相關(guān)參數(shù)的調(diào)整。負載慣性，其值決定速度增益。speed =[NO 2021+256/256]×100 NO 1825:位置環(huán)增益，單位誤差(P)為0。01/s =[進給速度/60 ×位置增益]×1/檢測單元No1826:快速指令到位寬度。No1827:切割指令的原位寬度。到位:定位結(jié)束。根據(jù)系統(tǒng)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，其值可以通過診斷DGN300讀取。No1828:運動中的誤差極限值。當(dāng)錯誤寄存器的值超過其值時，ALM411發(fā)出報警。No1829:靜止時的誤差極限值。當(dāng)錯誤寄存器的值超過其值時，ALM410發(fā)出報警。

3.5

伺服導(dǎo)向調(diào)節(jié)原理

1)增加位置增益可以提高系統(tǒng)的定位和加工精度。調(diào)節(jié)量是以系統(tǒng)不會產(chǎn)生振動和超調(diào)為前提的。同時，所有差動補償軸的增益應(yīng)該一致。

2)提高速度增益可以提高電機的速度響應(yīng)和加速能力，但過高的速度增益會使機床產(chǎn)生振動。

3)當(dāng)發(fā)生振動時，在降低速度和位置增益之前，可以使用轉(zhuǎn)矩命令濾波器進行調(diào)整。如果由于機床的機械剛性而不能產(chǎn)生效果，可以降低速度和位置增益。轉(zhuǎn)矩指令濾波器:對應(yīng)于高于包含在輸出轉(zhuǎn)矩指令中的設(shè)定頻率的共振頻率的轉(zhuǎn)矩指令被濾出以減少振動。

3.6

驅(qū)動側(cè)調(diào)整方法

移動過程中手動設(shè)置下位置增益參數(shù)1825，增加誤差值參數(shù)1828，可以改善絲杠定位引起的振動，有圓弧插補、曲線、倒角的偏置軸增益要保持一致。所有參數(shù)調(diào)整都要以不影響加工精度和調(diào)整量為前提。手動設(shè)置上述參數(shù)后，系統(tǒng)的性能應(yīng)該會有所提高。如果仍達不到精度要求，只能從其他方面考慮:機床的機械部分、加工刀具、加工程序、加工速度、進給速度、進給方式、冷卻方式等。這些因素都會影響加工效果。

3.7

滾珠絲杠的故障狀態(tài)識別

滾珠絲杠長期運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磨損間隙將直接影響加工中心的傳動精度和剛度。一般現(xiàn)象有反向間隙大、定位精度不穩(wěn)定、機床振動、螺母副卡死、進給爬行等。并且系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整已經(jīng)超過了調(diào)整量，當(dāng)加工精度不能滿足要求時，基本可以判斷螺桿已經(jīng)失效。

四

結(jié)束語

本設(shè)計主要分析了滾珠絲杠在加工中心的應(yīng)用，并基本介紹了滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)類型和技術(shù)特點。通過這次技術(shù)應(yīng)用，我進一步鞏固和提高了自己的專業(yè)知識，尤其是螺釘?shù)倪x擇和螺釘?shù)木葯z測。