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滾珠絲杠副
 
    滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動體的螺旋傳動元件。滾珠絲杠副有多種結構型式。按滾珠循環方式分為外循環和內循環兩大類。外循環回珠器用插管式的較多，內循環回珠器用腰形槽嵌塊式的較多。
    按螺紋軌道的截面形狀分為單圓弧和雙圓弧兩種截形。由于雙圓弧截形軸向剛度大于單圓弧截形，因此目前普遍采用雙圓弧截形的絲杠。  
    按預加負載形式分，可分為單螺母無預緊、單螺母變位導程預緊、單螺母加大鋼球徑向預緊、雙螺母墊片預緊、雙螺母差齒預緊、雙螺母螺紋預緊。數控機床上常用雙螺母墊片式預緊，其預緊力一般為軸向載荷的1/3。
    滾珠絲杠副與滑動絲杠螺母副比較有很多優點：傳動效率高、靈敏度高、傳動平穩：磨損小、壽命長；可消除軸向間隙，提高軸向剛度等。
    滾珠絲杠螺母傳動廣泛應用于中小型數控機床的進給傳動系統。在重型數控機床的短行程(6m以下)進給系統中也常被采用。
 
1．滾珠絲杠副的安裝
   
    數控機床的進給系統要獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠螺母本身的剛度之外，滾珠絲杠正確的安裝及其支承的結構剛度也是不可忽視的因素。螺母座及支承座都應具有足夠的剛度和精度。通常都適當加大和機床結合部件的接觸面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸強度，新設計的機床在工藝條件允許時常常把螺母座或支承座與機床本體做成整體來增大剛度。
    為了提高支承的軸向剛度，選擇適當的滾動軸承也是十分重要的。國內目前主要采用兩種組合方式。一種是把向心軸承和圓錐軸承組合使用，其結構雖簡單，但軸向剛度不足。另一種是把推力軸承或向心推力軸承和向心軸承組合使用，其軸向剛度有了提高，但增大了軸承的摩擦阻力和發熱而且增加了軸承支架的結構尺寸。近年來國內外的軸承生產廠家已生產出一種滾珠絲杠專用軸承，這是一種能夠承受很大軸向力的特殊向心推力球軸承，與一般的向心推力球軸承相比，接觸角增大到60º，增加了滾珠的數目并相應減小滾珠的直徑。這種新結構的軸承比一般軸承的軸向剛度提高了兩倍以上，而且使用極為方便，產品成對出售，而且在出廠時已經選配好內外環的厚度，裝配時只要用螺母和端蓋將內環和外環壓緊，就能獲得出廠時已經調整好的預緊力。

    滾珠絲杠副安裝方式通常有以下幾種：
   
    (1)雙推一自由方式  如圖8-8a所示，絲杠一端固定，端自由。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力。這種支承方式用于行程小的短絲杠。
    (2)雙推一支承方式  如圖8-8b所示，絲杠一端固定，另一端支承。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力；支承端軸承只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動，可以避免或減少絲杠因自重而出現的彎曲。同時絲杠熱變形可以自由地向一端伸長。
    (3)雙推一雙推方式  如圖8-8c所示，絲杠兩端均固定。固定端軸承都可以同時承受軸向力和徑向力，這種支承方式，可以對絲杠施加適當的預拉力，提高絲杠支承剛度，可以部分補償絲杠的熱變形。
    (4)采用絲杠固定、螺母旋轉的傳動方式  如圖8-8d所示，此時，螺母一邊轉動、一邊沿固定的絲杠作軸向移動：  由于絲杠不動，可避免受臨界轉速的限制，避免了細長滾珠絲杠高速運轉時出現的種種問題。螺母慣性小、運動靈活，可實現的轉速高。此種方式可以對絲杠施加較大的預拉力，提高絲杠支承剛度，補償絲杠的熱變形。
 
2．滾珠絲杠副的防護和潤滑
 
    (1)滾珠絲杠副的防護  滾珠絲杠副和其他滾動摩擦的傳動器件一樣，應避免硬質灰塵或切屑污物進入，因此必須裝有防護裝置。如果滾珠絲杠副在機床上外露，則應采用封閉的防護罩，如采用螺旋彈簧鋼帶套管、伸縮套管以及折疊式
套管等。安裝時將防護罩的一端連接在滾珠螺母的側面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。如果滾珠絲桿副處于隱蔽的位置，則可采用密封圈防護，密封圈裝在螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈采用耐油橡膠或尼龍制成，其內孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀；接觸式密封圈的防塵效果好，但由于存在接觸壓力，使摩擦力矩略有增加。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈，它采用硬質塑料制成，其內孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣可避免摩擦力矩，但防塵效果差。工作中應避免碰擊防護裝置，防護裝置一有損壞應及時更換。
    (2)滾珠絲杠副的潤滑  潤滑劑可提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑可分為潤滑油和潤滑脂兩大類。潤滑油一般為全損耗系統用油：潤滑脂可采用鋰基潤滑脂。潤滑脂一般加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內，而潤滑油則經過殼體上的油孔注入螺母的空間內。每半年對滾珠絲杠上的潤滑脂更換一次，清洗絲杠上的舊潤滑脂，涂上新的潤滑脂。用潤滑油潤滑的滾珠絲杠副，可在每次機床工作前加油一次。
 
3．滾珠絲杠副在高速數控機床上的應用
 
    高速加工是面向21世紀的一項高新技術，它以高效率、高精度和高表面質量為基本特征，在航天航空、汽車工業、模具制造、光電工程和儀器儀表等行業中獲得了越來越廣泛的應用，并已取得了重大的技術經濟效益，是當代先進制造技術的重要組成部分。為了實現高速加工，首先要有高速數控機床。高速數控機床必須同時具有高速主軸系統和高速進給系統，才能實現材料切削過程的高速化。為了實現高速進給，國內外有關制造廠商不斷采取措施，提高滾珠絲杠的高速性能。主要措施有：
    1)適當加大絲杠的轉速、導程和螺紋頭數。目前常用大導程滾珠絲杠名義直徑與導程的匹配為：40mm×20mm，50mm×25mm，50mm×30mm等，其進給速度均可達到60m/min以上。為了提高滾珠絲杠的剛度和承載能力，大導程滾珠絲杠一般采用雙頭螺紋，以提高滾珠的有效承載圈數。
    2)改進結構，提高滾珠運動的流暢性。改進滾珠循環反向裝置，優化回珠槽的曲線參數，采用三維造型的導珠管和回珠器，真正做到沿著內螺紋的導程角方向將滾珠引進螺母體中，使滾珠運動的方向與滾道相切而不是相交。這樣可把沖擊損耗和噪聲減至最小。
    3)采用“空心強冷”技術。高速滾珠絲杠在運行時由于摩擦產生高溫，造成絲杠的熱變形，直接影響高速機床的加工精度。采用“空心強冷”技術，就是將恒溫切削液通入空心絲杠的孔中，對滾珠絲杠進行強制冷卻，保持滾珠副溫度的恒定。這個措施是提高中、大型滾珠絲杠高速性能和工作精度的有效途徑。
    4)對于大行程的高速進給系統，可采用絲杠固定、螺母旋轉的傳動方式。此時，螺母一邊轉動、一邊沿固定的絲杠作軸向移動，由于絲杠不動，可避免受臨界轉速的限制，避免了細長滾珠絲杠高速運轉時出現的種種問題。螺母慣性小、運動靈活，可實現的轉速高。
    5)進一步提高滾珠絲杠的制造質量。通過采用上述種種措施后，可在一定程度上克服傳統滾珠絲杠存在的一些問題。日本和瑞士在滾珠絲杠高速化方面一直處于國際領先地位，其最大快速移動速度可達60m/min，個別情況下甚至可達90m/min，加速度可達15m/s2。由于滾珠絲杠歷史悠久、工藝成熟、應用廣泛、成本較低，因此在中等載荷、進給速度要求并不十分高、行程范圍不太大(小于4～5m)的一般高速加工中心和其他經濟型高速數控機床上仍然經常被采用。