滚珠丝杠有以下几种安装形式

2018-03-14

滚珠丝杠副作为数控机床的进给传动链,其装配形式和精度决定了数控机床的定位精度,也影响着进给轴插补运行的平稳性。

一、滚珠丝杠副安装形式及受力

控机床进给轴常见的丝杠支撑有如下几种形式:

1、一端固定——一端自由

    丝杠一端固定,另一端自由。固定端轴承同时承受轴向力和径向力,这种支承方式用于行程小的短丝杠或者用于全闭环的机床,因为这种结构的机械定位精度是最不可靠的,特别是对于长径比大的丝杠(滚珠丝杠相对细长),热变性是很明显的,1.5m长的丝杠在冷、热的不同环境下变化0.05~0.10mm是很正常的。但是由于他的结构简单,安装调试方便,许多高精度机床仍然采用这种结构,但是必须加装光栅,采用全闭环反馈。

2、一端固定——另一端支承 

    丝杠一端固定,另一端支承。固定端同时承受轴向力和径向力;支承端只承受径向力,而且能作微量的轴向浮动,可以减少或避免因丝杠自重而出现的弯曲,同时丝杠热变形可以自由的向一端伸长。这种结构使用最广泛,目前国内中小型数控车床、立式加工中心等均采用这种结构。

3、两端固定

    丝杠两端均固定。固定端轴承都可以同时承受轴向力,这种支承方式,可以对丝杠施加适当的预紧力,提高丝杠支承刚度,可以部分补偿丝杠的热变形。      对于大型机床、重型机床以及高精度镗铣床常采用此种方案。但是,这种丝杠的调整比较繁琐,如果两端的预紧力过大,将会导致丝杠最终的行程比设计行程要长,螺距也要比设计螺距大。如果两端锁母的预紧力不够,会导致相反的结果,并容易引起机床震动,精度降低。所以,这类丝杠在拆装时一定要按照原厂商说明书调整,或借助仪器(双频激光测量仪)调整。

二、滚珠丝杠轴承的排列与命名 

    首先我们了解典型的进给轴传动链,最终支撑滚珠丝杠的是近端支承轴承和远端支承轴承,这两组轴承通过相互的作用,将轴向力顶住,也就是丝杠轴成巧妙地运用了“角接触轴承”即可以承受径向力,又可以承受轴向力的双向受力特点。 

    当轴承内挡圈和外挡圈受到一组相反方向的作用力时,轴承钢珠承受着一对互为相反的作用力,从静力学的角度上看,当物体静止时,这一对作用力大小相等,方向相反。

    作为机床丝杠传动,来自工作台的轴向力是作用在轴承的内圈上,如果我们约束丝杠不窜动,只要在轴承外圈上作用一个方向相反、大小相等的力即可,这样轴向受力是平衡的。又由于内、外圈之间是滚动摩擦,因而保证了丝杠灵活的转动。

    对于数控机床丝杠传动,需要根据不同的情况控制轴承的游隙(钢珠与内外环之间的间隙),对于低速大转矩的传动,需要这一游隙是过盈的,即要使钢珠在滚到内受挤压变形,从配合角度讲,间隙是负值。而对于高速小一点的负载,则需要游隙大一点,预留出高速运行后钢珠和内圈的热膨胀系数。

    丝杠的约束是通过近端轴承及远端轴承的轴向和径向约束来完成,不同安装形式下的丝杠受力情况以及滚珠丝杠轴承安装形式,对于今后日常维护,特别是传动链的精度调整有所帮助。