滚珠丝杠的工作原理

滚珠丝杠的工作原理滚珠丝杠的工作原理3 n) Y( ~! A- O; g4 F" z8 p( }滚珠丝杠螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常用的传动装置。

它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能。

组成及工作原理：+ E, X9 U3 N; t滚珠丝杠螺母副的结构原理图8 o# |% }; k V# b' ?6 N·组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成。

·工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。

而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。

回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。

) ?! @' M F' o1 H. t$ H特点：' a6 M }$ s" l8 V ]( I·传动效率高：机械效率可高达92%~98%。

·摩擦力小：主要是用滚珠的滚动代替了普通丝杆螺母副的滑动。

& h+ b9 R) p4 Y% u) S4 l- b·轴向间隙可消除：也是由于滚珠的作用，提高了系统的刚性。

经预紧后可消除间隙。

·使用寿命长、制造成本高：主要采用优质合金材料，表面经热处理后获得高的硬度。

滚珠丝杆螺母副的消隙·双螺母垫片调隙：( i' ]: i3 y% _3 ~/ ?修磨垫片厚度消隙) f. L+ X% U4 U4 ?4 Y% Z/ K滚珠丝杆螺母副采用双螺母结构（类似于齿轮副中的双薄片齿轮结构）。

通过改变垫片的厚度使螺母产生轴向位移，从而使两个螺母分别与丝杆的两侧面贴合。

当工作台反向时，由于消除了侧隙，工作台会跟随CNC的运动指令反向而不会出现滞后。

·双螺母螺纹调隙： g* I' Y7 j! j' c用锁紧螺母消隙差齿式调整法图示为利用两个锁紧螺母调整预紧力的结构。

两个工作螺母以平键与外套相联，其中右边的一个螺母外伸部分有螺纹。

当两个锁紧螺母转动时，正是由于平键限制了工作螺母的转动，才使得带外螺纹的工作螺母能相对于锁紧螺母轴向移动。

间隙调整好后，对拧两锁紧螺母即可。

结构紧凑，工作可靠，应用较广。

" n, q6 v* |8 a5 ~6 ~/ V/ B; }* p·双螺母齿差调隙：两个工作螺母的凸缘上分别切出齿数为Z1、Z2的齿轮，且Z1、Z2相差一个齿，即：Z2-Z1=1，两个齿轮分别与两端相应的内齿圈相啮合，内齿圈紧固在螺母座上。

7 B6 u& h% r+ |% d: D设其中的一个螺母Z1转过一个齿时，丝杆的轴向移动量为S1，则有：Z1:1=T:S1 则S1=T/Z1 Z2 |0 |- p; R' R如果两个齿轮同方向各转过一个齿，则丝杆的轴向位移为：ΔS=S1-S2=T/Z1-T/Z2=T/Z1Z2/ \% O% V! t' M$ R& L3 h/ p例：当Z1=99，Z2=100时，ΔS≈1μ。

可以达到很高的调整精度。

滚珠丝杆螺母副的安装滚珠丝杆螺母副所承受的主要是轴向载荷。

它的径向载荷主要是卧式丝杆的自重。

安装时，要保证螺母座的孔与工作螺母之间的良好配合，并保证孔与端面的垂直度等。

这时主要是根据载荷的大小和方向选择轴承。

另外安装和配置的形式还与丝杆的长短有关，当丝杆较长时，采用两支撑结构；当丝杆较短时，采用单支撑结构。

* c! H% L i; T9 p! G/ v* {滚珠丝杠两端支撑形式图a：一端固定，一端自由：适用于短丝杆及垂直丝杆。

图b：一端固定，一端浮动：一端同时承受轴向力和径向力，另一端径向力，当丝杆受热伸长时，可以通过一端做微量的轴向浮动。

4 u9 f% g' v/ U图c：两端固定的支撑形式：通常在它的一端装有碟形弹簧和调整螺母，这样既能对滚珠丝杆施加预紧力，又能在丝杆热变形后保持不变的预紧力.$ i2 p. _1 ~" L5 H6 S5 Y, P1 c9 M两种情况，外循环导珠管反向和内循环反相器反向。

外循环的就是在中间穿过丝杠，然后从导珠管的孔向内塞珠子。

塞满之后在导珠管内也塞满珠子，然后把导珠管扣在螺母上，压紧就行了，珠子塞多密，就是经验了。

内循环的一般都是先将珠子用黄油挂在螺母滚道上，然后螺母中间套一个金属套，最后把金属套顶在丝杠一端，把螺母旋入。

正常的滚珠丝杠螺母拆散一次重新排列一次珠子，其精度都会改变，一般我们修理丝杠的时候都是把螺母带着滚珠一起取下来，尽量不要改变滚珠的排列的。

1.数控机床进给传动装置的结构在数控机床进给传动装置中，一般由电动机通过联轴器带动滚珠丝杠旋转，由滚珠丝杠螺母机构将回转运动转换为直线运动。

（1）滚珠丝杠螺母机构的结构。

图5-1 滚珠丝杠螺母机构1—丝杠；2—螺母；3—滚珠；4—回珠管滚珠丝杠螺母机构的工作原理如图5-1所示，在丝杠1和螺母2上各加工有圆弧形螺旋槽，将它们套装起来形成螺旋形滚道，在滚道内装满滚珠3。

当丝杠相对螺母旋转时，丝杠的旋转面通过滚珠推动螺母轴向移动，同时滚珠沿螺旋形滚道滚动，使丝杠和螺母之间的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦。

螺母螺旋槽的两端用回珠管4连接起来，使滚珠能够从一端重新回到另一端，构成一个闭合的循环回路。

（2）进给传动误差。

由于滚珠丝杠副在加工和安装过程中存在误差，因此滚珠丝杠副将回转运动转换为直线运动时存在以下两种误差。

①螺距误差，即丝杠导程的实际值与理论值的偏差。

例如PⅢ级滚珠丝杠的螺距公差为0.012mm/300mm。

②反向间隙，即丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大窜动。

由于螺母结构本身的游隙以及其受轴向载荷后的弹性变形，滚珠丝杠螺母机构存在轴向间隙；该轴向间隙在丝杠反向转动时表现为丝杠转动α角，而螺母未移动，形成了反向间隙。

为了保证丝杠和螺母之间的灵活运动，必须有一定的反向间隙。

但反向间隙过大将严重影响机床精度。

因此，数控机床进给系统所使用的滚珠丝杠副必须有可靠的轴向间隙调节机构。

2.数控机床位置精度常用的测量方法及评定标准（1）定位精度和重复定位精度的确定——国家标准GB/T17421.2—99评定方法。

·目标位置Pi：运动部件编程时要达到的位置，下标i表示沿轴线选择的目标位置中的特定位置。

·实际位置Pij（i=0~m，j=1~n）：运动部件第j次向第i个目标位置趋近时，实际测得的到达位置。

·位置偏差Xij：运动部件到达的实际位置与其目标位置之差，Xij=Pij – Pi。

·单向趋近：运动部件以相同的方向沿轴线（指直线运动）或绕轴线（指旋转运动）趋近某目标位置的一系列测量。

符号“↑”表示从正向趋近所得参数，符号“↓”表示从负向趋近所得参数，如Xij↑、Xij↓。

·双向趋近：运动部件从两个方向沿轴线或绕轴线趋近某目标位置的一系列测量。

·某一位置的单向平均位置偏差↑或(↓)：运动部件n次单向趋近某一位置Pi所得的位置偏差的算术平均值，即↑=↑, ↓=↓·某一位置的双向平均位置偏差：运动部件从两个方向趋近某一位置Pi所得的单向平均位置偏差↑和↓的算术平均值,即= （↑+↓）/2·某一位置的反向差值Bi：运动部件从两个方向趋近某一位置时两单向平均位置偏差之差值，即Bi=↑-↓·轴线反向差值B：运动部件沿轴线或绕轴线的各目标位置的反向差值的绝对值|Bi|中的最大值即为轴线反向差值B，即·轴线平均反向差值：沿轴线或绕轴线的各目标位置的反向差值的Bi的算术平均值即为轴线平均反向差值，即·在某一位置的单向定位标准不确定度的估算值Si↑或Si↓：通过对某一位置Pi的n次单向趋近所获得的位置偏差标准不确定度的估算值，即↑=，↓=·在某一位置的单向重复定位精度Ri↑(或Ri↓)及双向重复定位精度Ri，则有Ri↑=4Si↑， Ri↓=4Si↓Ri=max［2Si↑+ 2Si↓+|Bi|， Ri↑，Ri↓］·轴线双向重复定位精度R，则有R=max［Ri］3．定位精度测量工具和方法测量定位精度和重复定位精度的仪器是激光干涉仪、线纹尺、步距规。

其中因用步距规测量定位精度时操作简单而在批量生产中被广泛采用。

无论采用哪种测量仪器，其在全行程上的测量点数不应少于5点，测量间距按下式确定：Pi =i*P+k其中，P为测量间距；k在各目标位置时取不同的值，以获得全测量行程上各目标位置的不均匀间隔，从而保证周期误差被充分采样。

本实验采用步距规进行测量。

步距规结构如图5-2所示：图5-2 步距规结构图实验所用步距规尺寸P1，P2，…，Pi按100mm间距设计，加工后测量出P1，P2，…，Pi的实际尺寸作为定位精度检测时的目标位置坐标（测量基准）。

以铣床X轴定位精度的测量为例。

测量时，将步距规置于工作台上，并将步距规轴线与X轴轴线校平行，令X轴回零；将杠杆千分表固定在主轴箱上（不移动），表头接触在P0点，表针置零；用程序（见本实验附录）控制工作台按标准循环图（见图5-3）移动，移动距离依次为P1，P2，…，Pi，表头则依次接触到P1，P2，…，Pi点，表盘在各点的读数则为该位置的单向位置偏差。

按标准循环图测量5次，将各点读数（单向位置偏差）记录在记录表中，按本实验“相关知识概述”中“定位精度和重复定位精度的确定——国家标准GB/T17421.2—99评定方法”对数据进行处理，可确定该轴线的定位精度和重复定位精度。

图5-3 标准检验循环图4. 数控机床软件补偿（1）螺距补偿。

数控机床螺距补偿的基本原理是：在机床坐标系中，在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置Pi的平均位置偏差↑，把平均位置偏差反向叠加到数控系统的插补指令上，指令要求沿X轴运动到目标位置Pi，目标实际位置为Pij，该点的平均位置偏差为↑；将该值输入系统，则CNC系统在计算时自动将目标位置Pi的平均位置偏差↑叠加到插补指令上，实际运动位置为Pij=Pi+↑，使误差部分抵消，实现误差的补偿。

数控系统可进行螺距误差的单向和双向补偿。

（2）反向间隙补偿。

反向间隙补偿又称为齿隙补偿。

机械传动链在改变转向时，反向间隙的存在导致伺服电动机空转而工作台实际上不运动，称为失动。

反向间隙补偿的原理是：在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置Pi的平均反向差值，作为机床的补偿参数输入系统。

CNC系统在控制坐标轴反向运动时，自动先让该坐标轴反向运动，然后按指令进行运动。

工作台正向移动到O点，然后反向移动到Pi点；反向时，电动机（丝杠）先反向移动，后移动到Pi点；在该过程中，CNC系统实际指令运动值为：L=Pi+反向间隙补偿在坐标轴处于任何方式时均有效。