当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

高精度数控机床滚珠丝杠的装配与调整_图文

第 5期 2011 年 5 月

组合 机床与自 动化加 工技 术 M odu lar M ach ine Tool& Au to m atic M anufactur ing Techn iqu e

No . 5 M ay . 2011

文章编号 : 1001- 2265( 2011) 05- 0102- 03

高精度数控机床滚珠丝杠的装配与调整
杨济森
( 沈阳机床 ( 集团 )设计研究院中试基地, 沈阳 110142)

摘要: 详细介绍了一种新的滚珠丝杠装配调整工艺方法 。 与常规装配调整方法进行了数据分析对 比 , 比较了各自的优缺点。 验证了装配调整工艺方法的正确性 、 可行性 。 关键词 : 装配工艺 ; 滚珠丝杠; 检棒; 检套; 调整 中图分类号 : TH 16 ; TG65 文献标识码 : A

S tudy of Ball Screw Novel A ssem b ly M ethod for NC M ach ine Tool YANG Ji sen ( Shenyang M achine T oo l ( Group) Design Institute , M id dle P ractice Base , Shenyang 110142 , Ch in a) Abstract : T he conventional assemb ly m ethod and the novel assemb ling techno logy for the ba ll screw are in troduced in th is paper . T he ball screw novel assem bly m eth od is put for w ard , and th e experi m ental analysis is conducted . Then the data ana ly ses of the tw o m ethods are carried ou, t also , the advantages and d isad vantages are com pared . The concre te i m p le m ent w ays of the ba ll screw nove l assemb ly m ethod are de scrib ed . T he results show that the ball screw novel assem bly m ethod is correc, t feasib le . K ey w ord s : assem bling techno logy ; ball screw; m andre;l sleeve ; adjust m en t

0 引言
序号 名称 专用检棒 专用检套 理石平尺 专用表座 磁力表座 千分表

表 1 滚珠丝杠装配工装
规格 ( 型号 ) 50 500 数量 一组 2 件 2 组各 4件 1000 1 1 外购标准型 0 10 1 1 0 001 精度 按设计要求 按设计要求 00 级 按设计要求

随着数控机床尤其是加工中心工作精度要求的 日益提高, 高 精度的滚珠丝杠作为机床直线运动的 驱动单元, 在机床行业中 被广泛应用。滚珠丝杠的 装配质量成为直接影响机床运动精度和性能的重要 因素之一。滚珠丝杠的安 装方式通常有以下几种 : 双推 自由方式 ; 双推 支撑方式; 双推 双推方式。它 的关键装配精度是滚珠丝杠旋转轴心线与机床主基 直线导轨正侧基面的平行度 , 其中影响平行度装配 质量的是支撑滚珠丝 杠的电机座和轴承座的位置 , 另外一项是滚珠丝杠螺母轴心线与电机座孔和轴承 座孔轴心线的同轴度
[ 13]

1 2 3 4 5 9

1 1 专用检棒设计 检棒直径设计 : 在平衡使用轻便与 保证刚性的 条件下, 优先选择国家标准检棒直径尺寸 系列。检 棒外圆公差为 g5 , 圆柱度公差 0 005 。检棒一组 2 件, 成组加工制造, 成组制造的两根检棒外圆尺寸一 致性 0 003 。 1 2 专用检套设计 电机座、 轴承座检套和检棒配套使用 , 检套内孔 名义尺寸设计要与检棒外圆尺寸一致 , 配合公差按 检棒外 圆 尺 寸 实 测值 设 计 , 配 合 间 隙 为 0 008 ~



1 装配与调整用工艺装备
在滚珠丝杠装配调整前 , 首先要设计、 制造好专 用工装检套、 检棒, 准备必要的千分表、 大理石平尺 等。装配用工艺装备见表 1 。

收稿日期 : 2010- 11- 26 ; 修回日期 : 2011- 01- 05 作者简介 : 杨济森 ( 1956 ) , 男 , 辽宁大连人 , 沈阳机床 ( 集团 ) 设计研究院中试基地工 程师 , 主要从事机 床装配工艺与装 配工艺装备的 设计 与研究 , ( E - m ail) lx03199@ 126 . com。

2011年 5月

杨济森: 高精度数控机床滚珠丝杠的装配与调整

103

0 012 , 检套外圆尺寸按电 机座、 轴承 座孔名义尺寸 设计, 因电机座、 轴承座孔尺寸公差大多选用过渡配 [ 4] 合的 J6 或 JS6 , 常用检套公差带为 0 016 至 0 022 之间。为保证检套外圆与电 机座、 轴承座孔使用时 有一个最佳配合间隙 , 需在公差带 0 016 至 0 022 之 间采用公差分段方法设计一组检套。

参见图 1 。 推动滑块与平尺、 千分表工装组合体靠近电机座。 推动千分表座至千分表测头触到检棒上表面, 测量点 选在靠近电机座内测, 在测量最高点千分表指针调零 , 推动滑块与平尺、 千分表工装组合体靠近轴承座, 测量 点在轴承座外测一端检棒最远点, 两测量点距离与电 机座、 轴承座之间的距离相等。推动千分表座至千分 表指针过检棒最高点, 检验电机座孔轴心线与轴承座 孔轴心线等高 0 01 , 不合格时修刮电机座或轴承座 中高度大的一件与机床结合面至要求。 ( 4) 安装滚珠丝杠 首先 , 安装电机座。电机座安装在 床身电机座 结合面上 , 拧紧螺栓固定。用轴 承安装工具将轴承 [ 5] 内环套入滚珠丝杠 , 轴 承内环端面与滚珠丝杠结 合端面靠严, 结合面 0 02 塞尺不准塞入。按滚珠丝 杠样本提供的拧紧力矩 , 用扭矩扳手将螺母拧紧固 定。将滚珠丝杠轴承装配组件装入电机座孔 内, 轴 承外环端面与电机座结合端面靠严, 结合面 0 02 塞 尺不准塞入。用深浅千分尺测量轴承外环外端面与 电机座外端 面深浅尺寸 , 圆周方向至少 均匀测 量 4 点。按测量深浅尺寸算术平均值加 0 02 尺寸 , 配磨 轴承外环压盖结合面高度尺寸 , 合格后, 按螺栓拧紧

2 滚珠丝杠装配步骤
( 1) 调整、 修正电机座孔与直线导轨在垂直平 面内的平行度 参见图 1 。

1 . 床身 2 . 检套 3. 千分表座 4. 平尺 5. 轴承座 6 . 主导轨 7 .副 导轨 8 . 检棒 9. 检套 10 . 电机座

图 1 丝杠安装孔与直线导轨平行度的 检测与调整

力矩要求 , 用扭矩扳手将 轴承外环压盖装在电机座 上拧紧螺栓固定。 然后再安装轴承座 , 先将轴承座套入滚珠丝杠。 用轴承安装工具将轴承内环套入滚珠丝 杠, 轴承内 环端面与滚珠丝杠结合端面靠严 , 结合面 0 02 塞尺 不准塞入。按滚珠丝杠样本提供拧紧力矩 , 用扭矩 扳手将螺母拧紧固定。将滚珠丝杠轴承装配组件装 入轴承座孔内, 轴承外环 端面与轴承座结合端面靠 严, 结合面 0 02 塞尺不准塞入。用深浅千分尺测量 轴承外环外端面与电机座外端面深浅尺 寸, 圆周方 向至少均匀测量 4 点。按测量深浅尺寸算术平均值 加 0 02 尺寸, 配磨轴承外环 压盖结合面高 度尺寸, 合格后, 按螺栓拧紧力矩要求, 用扭矩扳手将轴承外 环压盖装在轴承座上拧紧螺栓固定。轴承座装在床 身轴承座结合面上 , 拧紧螺栓固定。 ( 5) 调整滚珠丝杠与直线导轨平行度 按螺栓拧紧力矩要求值的 80 % , 用扭矩扳手将 电机座、 轴承座螺栓拧紧固定。 调整滚珠丝杠与直线导轨在垂直面内的平行 度如图 2 所示 首先将滚珠丝杠螺母 4 旋到电机座端 , 螺母法 兰端面距滚珠丝杠螺纹端面 3~ 4个螺距。平尺 2 坐 在靠近电机座的直线导轨滑块正基准面 上, 平尺上 基准面放装千分表 3 的表座。千分表测头触到滚珠 丝杠螺母靠近法兰端面外圆表面上母线 最高点, 推

将电机座 10 安装在床身 1 的电机座结合面上 , 不拧紧固定螺栓, 两结合面 间 0 02 塞 尺不准塞入。 电机座孔装检套 2 、 检棒 8 , 平尺 4 测量面座在电机座 直线导轨两个滑块正基准面 上, 平尺上测量面放置 千分表的表座 3 。推动千分表座至千分表测头触到 检棒上表面 , 在第一测量最高点千分表指针调零 , 推 动滑块与平尺、 千分表工装组合体到另一测量点 , 测 检棒第二点 , 两点测量数差 值 0 01 。即电机座孔 自身轴心线与 机床直线 导轨正 基准面 的平 行度 0 01 , 不合格时修刮电机座与机床结合面至要求。 ( 2) 调整、 修正轴承座孔与直线导轨在垂直平 面内的平行度 参见图 1 。 将轴承座 5 安装在床身 1轴承座结合面上 , 不拧 紧螺栓固定 , 两结合面间 0 02 塞尺不准塞入。轴承 座孔装检套 2 、 检棒 8 , 推动滑块与平尺 4 、 千分表 3 工装组合体靠近轴承座。用检验电机座孔自身轴心 线与机床直线导轨正基准面平行度的同样方法和步 骤 , 检验轴承 座孔自身轴心线与机床直线导轨正基 面的平行度 0 01 , 不合格时修 刮轴承座与机床结 合面至要求。 ( 3) 调整、 修正电机座孔、 轴承座孔等高精度

104

组合机床与自动化加工技术

第 5期

动千分表座调整千分表在测量高点为零。 然后再将滚 珠丝杠螺母 4 旋到轴承 座端, 螺母 端面与滚珠丝杠螺纹端面平齐。推动直线导轨滑 块与平尺 2 、 千分表及表座 3 工装组合体靠近轴 承座。推动千分表座测量滚珠丝杠螺母靠近法兰端 面外圆表面上母线最高点 , 两高点平行度 0 01 ,不 合格时修刮电机座或轴承座中高度大的一件与机床 结合面至要求。 调整滚珠丝杠与直线导轨在水平面内的平行度 滚珠丝杠螺 母 4 旋到电机座端 , 螺母法兰端面 距滚珠丝杠螺纹端面 3~ 4 个螺距。将千分表的磁 力表座吸附在直线导轨滑块 正基准面上, 移动滑块 靠近电机座。调整表杆使千分表测头触到滚珠丝杠 螺母靠近法兰端面外圆表面 侧母线上, 调整千分表 在测量高点为零。 滚珠丝杠螺 母 4 旋到轴承座端 , 螺母端面与滚 珠丝杠螺纹端面平齐。推动滑块与千分表工装组合 体靠近轴承座。测量移动后滚珠丝杠螺母靠近法兰 端面外圆表面同一高度的侧 母线, 千分表的两点示 值 0 01 , 不合格时平行调整电 机座或轴承座至要 求。参见图 2 。

证结合面刮研点 6点 /25 25 。刮研过程中注意保 护好滚珠丝杠清洁度。合格后擦洗干净螺母和螺母 座结合端面。重新推动工作台使螺母座与滚珠丝杠 螺母法兰端面靠严 , 按螺栓拧紧力矩要求值 , 用扭矩 扳手拧紧螺栓固定。

1. 滚珠丝杠 2 . 滚珠丝杠螺母 3 . 工作台

图 3 工作台与螺 母的安装与调整

修刮工作台螺母座端面, 可以保证螺母座端面与 螺母 滚珠丝杠轴线垂直 , 使滚珠丝杠转动灵活, 防 止螺母紧固后, 螺母与丝杠轴心线的倾斜、 别劲。

3 结束语
本文介绍的滚珠丝杠装配方法在实施过程中具有 较强的可操作性。使以往因工艺方法不完善, 造成的 装配精度不稳定状况得到很大改善。特别是采用前文 ( 5) 项 调整滚珠丝杠与直线导轨平行度 方法后, 解 决了常规装配方法中, 先修正电机座、 轴承座精度, 定 位。后装轴承、 滚珠丝杠。因轴承外圈厚度偏差影响 造成的滚珠丝杠与直线导轨两个方向平行度精度变大 问题。修正最大偏差值为电机座、 轴承座两组轴承外 圈最大厚度偏差之和 0 008+ 0 008= 0 016 。 机床整机装配完成 上电, 通过系统 对各轴拖动 电机空载功率数据监测得到结果为 : 各轴拖动电机 空载功率数据 , 由常规装配方法的 15 % 以上, 下降为

1. 滚珠丝杠 2 . 平尺 3. 千分表座 4 . . 丝杠螺母

图 2 滚珠丝杠与导轨的平行度 检测

8 % 以下。 本文介绍的滚珠丝杠装配方法正确、 可行 , 滚珠 丝杠装配精度能够得到进一步的提高 , 适合高精度 数控机床滚珠丝杠装配与调整。
[ 参考文献 ] [ 1] 李善术 . 数控机 床及 其应用 [ M ]. 北 京 : 机 械工 业出 版 社 , 1998. [ 2] 牛世清 . 数 控机床 滚珠 丝杠装 配工 艺的改 进 [ J]. 组 合 机床与自动化加工技术 , 1989( 6): 33- 35. [ 3] 黄祖尧 . 精 密高速滚珠丝杠副的最新发展及其应用 [ J]. 航空制造技术 , 2003( 4): 36- 40. [ 4] 孙玉芹 , 孟 兆新 . 机械精度 设计基 础 [ M ]. 北京 : 科学 出 版社 , 2003. [ 5] THK 综合产品目录 . THK CO. , LTD. ( 编辑 李秀敏

重新检 验滚珠 丝杠与 直线导 轨两 个方 向平行 度 , 合格后 , 按螺栓拧紧力矩要求值 , 用扭矩扳手将 电机座、 轴承座螺栓拧紧固定。钻铰定位销孔 , 将电 机座、 轴承座装销定位。 ( 6) 螺母与工作台之间的安装与调整 将工作台 3 吊落在直线导轨滑块上 , 侧基准面 靠严参见图 3 。按螺栓拧紧力矩要求值, 用扭矩扳手 拧紧压块螺栓定位, 拧紧滑块结合螺栓固定。 滚珠丝杠螺 母 2 旋到电机座端 , 螺母法兰端面 与滚珠丝杠 1 螺纹端面对齐。工作台螺母座端面涂 红色研粉, 推 动工作台使螺母座与滚珠丝杠螺母法 兰端面靠严 , 旋转螺母合研并修刮螺母座结合面 , 保

)