滚珠丝杠轴承座的装配与分析

李朋

【摘要】随着社会的发展和科技的进步，我国的工业向着高效率、高精度、劳动力少的方向发展各种新型的机床在我国相继出现，滚珠丝杠在使用过程中有着较高的运转精度和使用的灵活性因此广泛的应用在数控机床上。

【关键词】滚珠丝杠 轴承座 上母线 侧母线 千分表 刮削 预拉伸 润滑

滚珠丝杠是在螺杠与螺母之间安装有钢珠，因此摩擦力小、传动效力高，配上伺服电机可实现精确移动。精度达到0.001mm除实现由旋转转变直线运动外，也实现由直线运动转变为旋转运动。具有磨损小、寿命长可实现同步运动，广泛应用于高精度机床，数控机床，数控设备上。

滚珠丝杠的常见故障有：螺杆、螺母的滚道和滚珠表面磨损腐蚀、疲劳剥落等，表面疲劳是由于装配不良、承受交变载荷、超载运行、润滑不良等原因引起的。长期使用后，滚珠丝杠的滚道和滚珠表面会出现接触疲劳的麻点以至金属表层的剥落，使滚珠丝杠运动失效从而影响加工工件的精度和效率。

所以提高滚珠丝杠轴承座的装配质量至关重要，从而延长滚珠丝杠的使用寿命、减少振动、提高加工精度。

今以荣德机械厂生产的一款晶体掏棒专用机床KDV-8D 为例，说明这台专用机床滚珠丝杠轴承座的安装步骤和注意事项。

KDV-8D是晶体掏棒专用机床，为脆硬类材料如硅晶体、陶瓷、宝石等高效取料专用机。这台设备采用宽跨距导轨和床身一体铸造而成，承载负荷平均，工作平稳、温升影响小、加工精度高。所有的导轨经过特殊热处理，硬化深度5-10mm以上，轨道硬度HRC55以上在经过精密磨削。并采用C3级双螺帽预压之精密滚珠导螺杆，搭配两端支撑座预拉设计保证传动精度，并配合耐磨的配合导轨，具有耐磨、摩擦系数低、移动平稳，适用于低速重载机型。加工晶棒的圆度为0.02mm/200mm.

KDV-8D机床由床身、立柱、工作台、滑台、主轴箱、主轴系统、气动液压、伺服控制和传动系统等组成。工作台由X轴Y轴控制系统控制安装在床身导轨上。立柱導轨由Z轴控制系统控制。丝杠的支撑采用一端固定而另一端施加预拉伸方式，以提高传动系统的刚度吸收丝杠发热引起伸长造成的误差。轴承座采用配刮技术，使精度直接进入稳定期。

安装场地的选择：工作场地要求洁净、地基要坚实、周围无严重震源的干扰、室内温度尽可能变化小，工具主要有：刮刀、千分表、桥型板、水平仪、平尺、手电钻、铰刀，检验棒等。这里选择立柱导轨加以说明。首先将安放丝杠副的Z轴立柱，沿导轨水平安放在楔形垫铁上，用桥型板和水平仪找正，使床身导轨自然成水平状态，床身导轨直线度0.01mm，平行度0.01mm，无扭曲。根据加工图纸要求找正安装滚珠丝杆轴承座位置，配划轴承座固定螺丝孔位置，根据所划线配钻、攻螺纹。

轴承座的安装，将两轴承座底面均匀涂上一层红丹粉，用螺钉固定在立柱道轨间的轴承位上，将两标准检验棒装入轴承座孔中。在导轨上放一标准平尺，将量程为0～0.1mm、示值为0.001mm的千分表固定在平尺上（这里选择杠杆式千分表），测头测量方向一定垂直测量表面（否则测量有误差），先测量固定端轴承座检验棒的上母线近端和远端，再测量支承端轴承座检验棒的上母线近端和远端，根据测量结果计算两轴承座的高度差，选择低的一端先进行安装，拆去螺钉 ，将轴承座和底面研磨，根据显点和上母线的高度差计算刮削量，反复测量、刮削直到检验棒上母线等高度达到0.005mm，侧母线直线度为0.005mm，接触率为75%，点数12点/25mm2合格。同样方法安装支承座上母线直线度为0.005mm，侧母线直线度为0.005mm，接触率为75%，点数12点/25mm2，并且与第一根检验棒上母线直线度为0.005mm、侧母线直线度为0.005mm为合格。为了消除检验棒的安装误差，可以将检验棒旋转180°°测量取平均值。

将刮研好的轴承座，全面清洁后安装，逐一将固定螺丝涂抹厌专用万能胶按对角线逐步紧固，同时复查精度合格而螺钉全部紧固。这时可配钻、铰定位销孔，用标准销试装，深度达80%，用压缩空气吹除干净后，将圆锥销用铜棒打人，稍露或平即可。

宝石晶体的特点是，硬度大硬度为9，易碎。晶体内部由于生长的原因，常有各种缺陷如气泡、裂纹、镶嵌，应力等多方面的原因。掏棒切割要求高、磨削阻力大、直径越大、越深，阻力越大，冷却，排屑困难。2012年1月，1#、2#机多次发生在掏2〞晶棒的过程中，出现晶棒卡在刀筒中、刀齿折断、崩断的现象。后经检查，排除机床程序设定不当，即引槽切削速度，进给量，引槽深度不够的操作原因外。主要原因主轴系统工作一段时间，松动，间隙变大。主要是安装精度不高，配合间隙调整不良。所以提高滚珠丝杠轴承座装配质量，可以提高滚珠丝杠副的使用寿命，减少振动，延长磨损周期，提高加工精度至关重要。

2015年3月，3#机在掏4〞、6〞晶棒时多次出现Z轴过载，发热停机，掏6〞晶棒时还出现将晶棒掏裂的事故。主要原因是滚珠丝杠的预拉伸调整不当，丝杠的冷却润滑不良，造成丝杠发热，刚度不良，丝杠工作异常而出现问题。所以滚珠丝杠的预拉伸是非常必要的，为了提高滚珠丝杠进给系统的刚度和精度，给丝杠实施预拉伸是非常有效的，但由于丝杠轴的各断面不同而温升值不易精确设定。根据以上情况才采取螺杆中空油冷机，定时循环冷却，冷却润滑效果良好，多次试验表明丝杠温升在5°达到平衡。因此按照温升5°设计丝杠的预拉伸量，使用效果良好。

通过上面的安装步骤要求，显著提高安装效率和滚珠丝杠轴承座装配质量，采取可靠的润滑，和预拉伸工艺，机床的空载转矩明显降低，空载电流也显著降低，伺服系统工作正常，未出现伺服过载报警，机床能连续运行，加工精度良好。所以提高滚珠丝杠轴承座装配质量，可以提高滚珠丝杠副的使用寿命，减少振动，延长磨损周期，提高加工精度至关重要。