1 引言

　　激光設(shè)備滾珠自動滑臺的各直線軸多采用滾珠絲杠副傳動配合高精度步進(jìn)或私服馬達(dá)，滾珠絲杠副的傳動精度直接影響到激光設(shè)備的運行精度和加工精度。滾珠絲杠的相關(guān)故障會導(dǎo)致數(shù)控機床出現(xiàn)定位精度下降、反向間隙過大、機械爬行、噪音過大、剛性不足等故障現(xiàn)象，影響設(shè)備的正常使用。所以及時排除因滾珠絲杠所產(chǎn)生的故障，是保證數(shù)控激光焊接、切割、及打標(biāo)設(shè)備正常運行及加工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

2 滾珠絲杠的性能、結(jié)構(gòu)與原理

　　1）滾珠絲杠的性能：

　　滾珠絲杠的性能要求十分嚴(yán)格，主要有傳動可靠性高，不易磨損，可長期無故障運行；還須傳動靈敏，運行精度高，不易產(chǎn)生爬行；傳動效率很高，運行平穩(wěn)，一般為η=0.92-0.96；在施加預(yù)緊力后，可消除軸向間隙，反向時無空行程；缺點是不能自鎖，垂直安裝時需有平衡裝置。

　　2）滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)

　　a）按滾珠絲杠的傳動形式可分為絲杠轉(zhuǎn)動傳動和螺母轉(zhuǎn)動傳動。

　　絲杠轉(zhuǎn)動傳動是指：絲杠轉(zhuǎn)動，螺母固定在工作臺上。絲杠旋轉(zhuǎn)推動推動螺母，螺母帶動工作臺做往復(fù)運動。我們一般常見的都是這種類型安裝方式。

　　螺母轉(zhuǎn)動傳動是指：絲杠被固定，螺母通過軸承固定在工作臺上，伺服電機帶動螺母旋轉(zhuǎn)，螺母沿絲杠做軸向運動，進(jìn)而帶動工作臺運動。這種傳動方式一般用于絲杠較長的機床上，防止絲杠因剛性不足而產(chǎn)生震動和變形。

　　b）按滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)可分為：內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種方式。

　　外循環(huán)方式的滾珠絲杠螺母由絲杠、滾珠、回珠管和螺母組成。與內(nèi)循環(huán)方式的主要區(qū)別在于螺母螺旋槽的兩端用回珠管連接起來，使?jié)L珠能夠從一端重新回到另一端，構(gòu)成一個閉合的循環(huán)回路。

　　內(nèi)循環(huán)方式的滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)關(guān)鍵是在螺母的側(cè)孔中裝有圓柱凸輪式反向器，反向器上銑有S形回珠槽，將相鄰兩螺紋滾道連接起來。滾珠從螺紋滾道進(jìn)入反向器，借助反向器迫使?jié)L珠越過絲杠牙頂進(jìn)入相鄰滾道，實現(xiàn)循環(huán)。

　　3）滾珠絲杠的工作原理

　　這里我們只簡述外循環(huán)滾珠絲杠的工作原理，內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠的工作原理與其類似。外循環(huán)滾珠絲杠由絲杠、滾珠、回珠管和螺母組成。在絲杠和螺母上各加工有圓弧形螺旋槽，將它們套裝起來便形成了螺旋形滾道，在滾道內(nèi)裝滿滾珠。當(dāng)絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)時，絲杠的旋轉(zhuǎn)面經(jīng)滾珠推動螺母軸向移動，同時滾珠沿螺旋形滾道滾動，使絲杠和螺母之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠與絲杠、螺母之間的滾動摩擦。滾珠通過回珠管從一端重新回到另一端。

3 滾珠絲杠主要故障及原因

　　因滾珠絲杠傳動系統(tǒng)在數(shù)控激光設(shè)備各機構(gòu)中實際運行最為頻繁，各零部件經(jīng)常產(chǎn)生機械磨損和潤滑不良，因而常常出現(xiàn)定位精度下降、反向間隙過大、機械爬行、軸承磨損嚴(yán)重、噪音過大等故障。當(dāng)這些故障出現(xiàn)時就要我們對此做出正確的診斷，才能及時修復(fù)設(shè)備。

　　滾珠絲杠在運行中產(chǎn)生的故障現(xiàn)象主要可以分為2類，其具體原因如下：

　　1）反向間隙大，定位精度差，加工零件尺寸不穩(wěn)定。

　　滾珠絲杠螺母副及其支撐系統(tǒng)由于長時間運行產(chǎn)生的磨損間隙，將直接影響數(shù)控機床的傳動精度和剛性。一般故障現(xiàn)象有反向間隙大、定位精度不穩(wěn)定等問題。根據(jù)磨損具體產(chǎn)生的位置，故障原因可細(xì)分為以下幾類：

　　a）滾珠絲杠支撐軸承磨損或軸承預(yù)加負(fù)荷墊圈配的不合適。

　　b）滾珠絲杠雙螺母副產(chǎn)生間隙、滾珠磨損。

　　c）滾珠絲杠單螺母副由于磨損產(chǎn)生間隙。

　　d）螺母法蘭盤與工作臺之間沒有固定牢，產(chǎn)生間隙。

　　2）滾珠絲杠副運動不平穩(wěn)，噪音過大。

　　這種故障現(xiàn)象主要因一些人為原因產(chǎn)生，具體如下：

　　a）伺服電機驅(qū)動參數(shù)未調(diào)整好。

　　b）絲杠絲母潤滑不良。

4 檢測與維修

　　滾珠絲杠所產(chǎn)生故障是多種多樣的，沒有固定的模式。有的故障是漸發(fā)性故障，要有一個發(fā)展的過程，隨著使用時間的增加越來越嚴(yán)重；有時是突發(fā)性故障，一般沒有明顯的征兆，而突然發(fā)生，這種故障是各種不利因素及外界共同作用而產(chǎn)生的。所以通過正確的檢測來確定真正的故障原因，是快速準(zhǔn)確維修的前提。

　　1）滾珠絲杠螺母副及支撐系統(tǒng)間隙的檢測與修理

　　當(dāng)數(shù)控機床出現(xiàn)反向誤差大、定位精度不穩(wěn)定、過象限出現(xiàn)刀痕時，首先要檢測絲杠系統(tǒng)有沒有間隙。檢測的方法有:用百分表配合鋼球放在絲杠的一端中心孔中，測量絲杠的軸向竄動，另一塊百分表測量工作臺移動。正反轉(zhuǎn)動絲杠，觀察兩塊百分表上反映的數(shù)值，根據(jù)數(shù)值不同的變化確認(rèn)故障部位。

　　a）絲杠支撐軸承間隙的檢測與修理

　　如測量絲杠的百分表在絲杠正反向轉(zhuǎn)動時指針沒有擺動，說明絲杠沒有竄動。如百分表指針擺動，說明絲杠有竄動現(xiàn)象。該百分表最大與最小測量值之差就是絲杠的軸向竄動的距離。這時，我們就要檢查支撐軸承的背帽是否鎖緊、支撐軸承是否已磨損失效、預(yù)加負(fù)荷軸承墊圈是否合適。如果軸承沒有問題，只要重新配做預(yù)加負(fù)荷墊圈就可以了。如果軸承損壞，需要把軸承更換掉，重新配做預(yù)加負(fù)荷墊圈，再把背帽背緊。絲杠軸向竄動大小主要在于支撐軸承預(yù)加負(fù)荷墊圈的精度。絲杠安裝精度最理想的狀態(tài)是沒有正反間隙，支撐軸承還要有0.02mm左右的過盈。

　　b）滾珠絲杠雙螺母副產(chǎn)生間隙的檢測與維修

　　通過檢測，如果確認(rèn)故障不是由于絲杠竄動引起的。那就要考慮是否是絲杠螺母副之間產(chǎn)生了間隙，這種情況的檢測方法基本與檢測絲杠竄動相同。用百分表測量與螺母相連的工作臺上，正反向轉(zhuǎn)動絲杠，檢測出絲杠與螺母之間的最大間隙，然后進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整墊片的厚度，使左右兩螺母產(chǎn)生軸向位移，從而消除滾珠絲杠螺母副間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力。因絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)不同，所以調(diào)整方法也不同，這里不一一列舉。

　　c）單螺母副的檢測與維修

　　對于單螺母滾珠絲杠，絲杠螺母副之間的間隙是不能調(diào)整的。如檢測出絲杠螺母副存在間隙。首先檢查絲杠和螺母的螺紋圓弧是否已經(jīng)磨損，如磨損嚴(yán)重，必須更換全套絲杠螺母。

　　如檢查磨損輕微，就可以更換更大直徑的滾珠來修復(fù)。首先檢測出絲杠螺母副的最大間隙，換算成滾珠直徑的增加，然后選配合適的滾珠重新裝配。這樣的維修是比較復(fù)雜，所需時間長，要求技術(shù)水平高。

　　d）螺母法蘭盤與工作臺連接沒有固定好而產(chǎn)生的間隙

　　這個問題一般容易被人忽視，因機床長期往復(fù)運動，固定法拉盤的螺釘松動產(chǎn)生間隙，在檢查絲杠螺母間隙時最高把該故障因素先排除，以免在修理時走彎路。

　　e）滾珠絲杠螺母副運動不平穩(wěn)、噪音過大等故障的維修。

　　滾珠絲杠螺母副運動不平穩(wěn)和噪音過大，大部分是由于潤滑不良造成的，但有時也可能因伺服電機驅(qū)動參數(shù)未調(diào)整好造成的。

　　2）軸承、絲杠螺母副潤滑不良

　　激光設(shè)備在工作中如產(chǎn)生噪音和振動，在檢測機械傳動部分沒有問題后，首先要考慮到潤滑不良的問題，很多機床經(jīng)過多年的運轉(zhuǎn)，絲杠螺母自動潤滑系統(tǒng)往往堵塞，不能自動潤滑�？梢栽谳S承、螺母中加入耐高溫、耐高速的潤滑脂就可以解決問題。潤滑脂能保證軸承、螺母正常運行數(shù)年之久。

　　3）伺服電機驅(qū)動問題

　　有的激光設(shè)備在運動中產(chǎn)生振動和爬行，往往檢測機械部分均無問題，不管怎樣調(diào)整都不能消除振動和爬行。經(jīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)伺服電機驅(qū)動增益參數(shù)不適合實際運行狀況。調(diào)整增益參數(shù)后，就可消除振動和爬行。

5 結(jié)束語

    滾珠絲杠螺母副相關(guān)故障出現(xiàn)時，一般較難精確定位和維修。經(jīng)過多年的現(xiàn)場維修實踐，以上是對滾珠自動滑臺中滾珠絲杠螺母副修理的一些淺顯的經(jīng)驗總結(jié)，希望大家在今后的激光設(shè)備維修中可以借鑒。詳情見方圓集團上海激光科技有限公司官網(wǎng)www.blz520.com

方圓激光

2014-0926