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一目了然的滚珠丝杆的基础入门知识滚珠丝杠的应用滚珠丝杠机构作为一种高精度的传动部件,大量应用在数控机床、自动化加工中心电子精密机械进给机构、伺服机械手、工业装配机器人、半导体生产设备、食品加工与包装、医疗设备等各种领域。
滚珠丝杠机构的结构如果将滚珠丝杠机构沿纵向剖开,可以看到它主要由丝杠、螺母、滚珠、滚珠回流管防尘等组成。
在图13-4中,各部分结构的作用如下:丝杠属于转动部件,是一种直线度非常高、上面加工有半圆形螺旋槽的螺纹轴,半圆形螺旋槽是滚珠滚动的滚道。
丝杠具有很高的硬度,通常在表面淬火后再进行磨削加工保证具有优良的耐磨性能。
丝杠一般与驱动部件连接在一起,丝杠的转动由电机直接或间接驱动。
既可以采用直联的方法,即将电机输出轴通过专用的弹性联轴器与丝杠相联传动比为1;也可以通过其他的传动环节使电机输出轴与丝杠相连,例如同步带、齿轮等(2) 螺母螺母是用来固定需要移动的负载的,其作用类似于直线导轨机构的滑块。
一般将所需要移动的各种负载(例如工作台、移动滑块)与螺母连接在一起,再在工作台或移动滑块上安装各种执行机构螺母内部加工有与丝杠类似的半圆形滚道,而且设计有供滚珠循环运动的回流管,螺母是滚珠丝杠机构的重要部件,滚珠丝杠机构的性能与质量很大程度上依赖于螺母。
(3)防尘片防尘片的作用为防止外部污染物进入螺母内部。
由于滚珠丝杠机构属于精密部件如果在使用时污染物(例如灰尘、碎屑、金属渣等)进入螺母,可能会使滚珠丝杠运动副严重磨损,降低机构的运动精度及使用寿命,甚至使丝杠或其他部件发生损坏,因此必须对丝杠螺母进行密封,防止污染物进入螺母4 滚珠在滚珠丝杠机构中,滚珠的作用与其在直线导轨、直线轴承中的作用是相同的,滚珠作为承载体的一部分,直接承受载荷,同时又作为中间传动元件,以滚动的方式传递运动。
由于以滚动方式运动,所以摩擦非常小。
(5) 油孔滚珠丝杠机构运行时需要良好的润滑,因此应定期加注润滑油或润滑脂。
滚珠丝杠的热处理工艺概述姚可夫，鲁思渊（清华大学机械工程系，北京，100084）摘要：随着机械制造业的发展，滚珠丝杠由于其所具有的小摩擦阻力和高的传动效率，逐渐取代了滑动丝杠，并被广泛应用于各种机械仪器的制造。
对于丝杠性能的获得，热处理工艺起到了关键作用。
本文概要介绍了滚珠丝杠的材料选择及热处理工艺，认为GCr15等轴承钢可作为滚珠丝杠的材料；滚珠丝杠一般须经球化退火等预先热处理，才能进行淬硬及低温回火。
滚珠丝杠的淬硬工艺是整个丝杠热处理的关键步骤，一般有渗碳淬硬、中频感应淬硬、浸液淬硬和激光表面淬硬等方法。
其中感应淬硬等表面淬硬工艺已广泛应用于丝杠的生产，而激光淬硬技术则由于其具有的耗时少，生产效率高等特点，有着很好的发展前景。
关键词：滚珠丝杠；热处理工艺；表面淬硬；Summaries of heat treatment procedure of steel ball screwYao Ke-fu，Lu Si-yuan（Department of Mechanical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China）Abstract: As the development of manufacturing industry, steel ball screw, which have the characteristic of little frictional resistance and high transmission efficiency, have gradually replaced the sliding lead screw. The properties of ball screw are mainly determined by the heat treatment procedure. This paper has summarized the steel type and heat treatment technical of steel ball screw, it shows that the proper steel type of ball screw is GCr15 steel, and some alloy tool steel such as 9Mn2V also can be chosen in manufacturing of ball screw. The pre-heat treatment is necessary before quenching, and as the crucial step, quenching technical mainly determined the mechanical properties and hardness of screw. Typical quenching technical contain carburizing quenching, medium frequency induction hardening, soaking liquid hardening, and laser transition hardening.Keywords: ball screw；heat-treatment technical；quenching technical；丝杠是由不同齿形的牙齿呈螺旋线围绕细长圆柱形轴心而构成的细长零件，它通过螺纹齿所形成的螺旋线传递等分精度与力距，从而实现回转运动与直线运动的相互转化。
加工中心滚珠丝杠的定位误差分析与对策研究摘要：加工中心广泛用于加工复杂形状零件和孔系零件。
对于复杂形状零件的加工，主要是控制刀具相对工件的运动轨迹；对于孔系零件的加工，除了保证孔的加工精度外，还要保证相应的孔距达到加工要求。
不管是对运动轨迹的控制，还是对孔距的控制，都要求加工中心具有较高的定位精度。
而滚珠丝杠作为加工中心进给系统中重要的传动件，其自身产生的定位误差对加工中心定位精度的影响甚大。
基于此，本文主要对加工中心滚珠丝杠的定位误差与对策进行分析研究。
关键词：加工中心；滚珠丝杠；定位误差；对策研究1、滚珠丝杠定位误差产生的原因1.1滚珠丝杠制造时产生的定位误差该误差是指滚珠丝杠螺旋滚道的螺距误差，可用滚珠丝杠的行程精度来描述，包括：2π行程内允许行程变动量V2πp；300mm行程内允许行程变动量V300p；有效行程Lu内允许行程变动量Vup；目标行程公差ep；有效行程Lu内补偿值C；实际平均行程偏差esa。
如图1所示为滚珠丝杠行程精度的各项指标。
滚珠丝杠的精度等级不同，各项指标的值也不相同。
图1 滚珠丝杠的行程精度1.2滚珠丝杠螺母副组装和受载时产生的定位误差该误差的表现形式是丝杠与螺母之间的间隙。
该间隙是滚珠丝杠相对螺母无相对转动时，丝杠相对螺母的最大轴向窜动量。
该窜动量由滚珠丝杠螺副组装时产生的游隙和滚珠丝杠受轴向载荷作用而产生的拉压变形两部分组成。
1.3滚珠丝杠热伸长产生的定位误差滚珠丝杠工作时因发热使温度升高而产生的热膨胀将导致丝杠导程增大，将直接影响机床坐标轴的定位精度。
丝杠温升产生的热伸长ΔL可用式（1）计算：ΔL=αLΔT（1）式中：α为膨胀系数，取1.1×10-5/℃；L为丝杠长度；ΔT为丝杠与床身之间的温差，一般取2～3℃。
由式（1）可知，当丝杠长度L为一定时，温升ΔT与热伸长ΔL成正比。
1.4滚珠丝杠扭转变形产生的定位误差滚珠丝杠受扭矩作用引起的扭转变形量θ可按式（2）计算：式中，L0为丝杠的基本导程，mm。
滚珠丝杠的加工工艺滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。
由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
滚珠丝杠的特点：1、摩擦损失小、传动效率高，2、精度高，3、高速进给和微进给可能，4、轴向刚度高，5、不能自锁、具有传动的可逆性。
丝杆分为磨削滚珠丝杠和冷轧滚珠丝杠，以下只介绍磨削滚珠丝杠的加工工艺。
磨削滚珠丝杠的加工工艺路线：毛坯下料—球化退火—粗车外圆，螺纹—半精车外圆，螺纹—铣键槽—热处理淬火—粗磨外圆，螺纹—精磨外圆，螺纹—检验入库。
下面就详细的介绍一下加工磨削滚珠丝杠的工艺路线。
（1）毛坯下料：就是根据工件所需的尺寸从整批材料上截取下与工件尺寸相符的材料的操作过程。
（2）球化退火：使钢中碳化物球化而进行的退火，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
球化退火的目的在于降低硬度，改善切削加工性能，并未后续热处理作组织准备。
（3）粗车外圆，螺纹：可选择普通车床和数控车床进行加工，大批量生产选择数控车床较经济，车螺纹选择直进法，所谓的直进法就是在加工过程中对刀具的Z轴（轴向方向）不进行改变，分次进给（直径方向），来完成螺纹的切削，此方法简单易操作，车出来的螺纹牙型准确。
一般粗车之后留有2-3mm，（4）半精车外圆，螺纹：使磨削滚珠丝杠的尺寸更接近图纸尺寸，并且精度的得到提高，一般半精车之后留有0.3mm的余量，为了后来的磨削加工，提高磨削滚珠丝杠的精度。
（5）热处理淬火：中频淬火，通过淬火使滚珠丝杠表面得到较高的硬度，提高滚珠丝杠的耐磨性和使用寿命，滚珠丝杠常采用的材料为40CrMo钢和GCr15钢，就如GCr15钢淬透性好，可满足中频淬火硬化层要求，其中频淬火的关键问题是解决淬火变形。
（6）粗磨外圆，螺纹：采用中心式外圆磨削，工件用两顶尖装夹，磨削时按其两中心孔所构成的中心轴线旋转，使外圆达到较高的精度要求。
丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的一种传动结构。
典型的丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。
它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。
由于具有很小的摩擦阻力，丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
丝杆加工工艺丝杠是一种精度很高的零件，它能精确地确定工作台坐标位置，将旋转运动转换成直线运动，面且还要传递一定的动力，所以在精度、强度及耐磨性等方面都有很高的要求。
所以，丝杠的加工从毛坯到成品的每道工序都要周密考虑，以提高其加工精度。
1、丝杠的分类机床丝杠按其摩擦特性可分为三类:即滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠。
由于滑动丝杠结构简单，制造方便，所以在机床上应用比较广泛。
滑动丝杠的牙型多为梯形。
这种牙型比三角形牙酬具有效果高，传动性能好，精度高，加工方便等优点。
滚动丝杠义分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类。
滚珠丝杠与滚柱丝杠相比而言，摩擦力小，传动效率高，精度也高，因而比较常用，但是其制造工艺比较复杂。
静压丝杠有许多的优点，常被用于精密机床和数控机床的进给机构中。
其螺纹牙形与标准梯形螺纹牙形相同。
但牙形高于同规格标准螺纹1.5～2倍，目的在于获得良好油封及提高承载能力。
但是调整比较麻烦，而且需要一套液压系统，工艺复杂，成本较高。
2、丝杠的结构特点及技术要求（1）丝杠结构的工艺特点丝杠是细长柔性轴，它的长度L与直径d的比值很大，一般为20～50，刚性较差。
结构形状复杂，有很高的螺纹表面要求，还有阶梯、沟槽等，所以，在加工过程中易出现变形。
（2）精度等级在国家标准GB785－65中，对普通梯形螺纹精度是按中径公差划分的。
共有五项基本参数：即外径d、内径d1、中径d2、螺距t及牙形半角α/2。
由于丝杠要传递准确运动，因此，按JB2886－81规定，丝杠及螺距的精度，根据使用要求分为6个等级：4、5、6、7、8、9（精度依次降低)。
