滚珠丝杆在车床数控化改装时的选用优势及其安装和使用的注意事项
发布时间：2013-11-21廖国颖
（广东省佛山市三水区技术工业中专/技工学校，广东佛山 528100）
（广东省佛山市三水区技术工业中专/技工学校，广东佛山 528100）
摘 要：随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工精密程度也要求越来越高。而当今的机械加工设备车床中普通车床占了很大比例，由于数控机床价格昂贵，所以对普通车床进行数控化改装已经成为不少中小企业和职业技术学校的选择。着重就普通车床改装成数控车床时滚珠丝杆的选用优势及具体安装和使用的注意事项等问题展开论述。
关键词：滚珠丝杆；数控化改装；优势；注意事项
1 概述
用普通卧式车床去加工批量零件时误差波动较大不易控制，生产效率较低。而如果要购进一台新的数控车床，投入的成本又太高，这时，我们可以采用将普通车床改装成数控车床的方法。把诸如C6150车床等普通车床改造成数控车床的基本思路，是把原来的机床进行大修，只保留机床导轨、主轴、溜板、尾座等部件，其余的全部撤除。代之以滚珠丝杆和步进电机，用单片机系统来驱动各轴的运动。具体对机床的改造部位是：拆掉手动刀架和小拖板装上数控刀架；拆掉普通丝杆、光杆进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杆螺母副；主轴后端加一光电编码器用波纹管连接，供加工螺纹使用，以此达到改造成简易型经济数控车床。
2 选用滚珠丝杆的优势
由数控车床原理可知：它用伺服电机带动滚珠丝杆转动，从而带动刀架沿着滑轨运动（滚珠丝杆原地转动）。丝杆传动直接关系到传动链精度。丝杆的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杆，但难以满足精度较高的零件加工。而滚珠丝杆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理想的产品。滚珠丝杆由螺杆、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，滚珠丝杆被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杆是工具机和精密机械上Z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覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。滚珠丝杆在良好的润滑下摩擦系数很低，毕竟是点接触，长期使用磨损量也少，对数控机床这样要求加工精度高而且加工精度能保持长期稳定的设备来说是必须的，而且较低的传动阻力也同时为更高速的传动打下基础。使用滚珠丝杆，也正是数控机床加工效率高的原因之一。滚珠丝杆精度很高，与伺服电机搭配，可使加工精度达到0.01MM。滚珠丝杆摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。滚珠丝杆还有一个优点就是它可以消除传动过程中正负方向的间隙。
2.1 与滑动丝杆副相比驱动力矩为1/3。由于滚珠丝杆副的丝杆轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杆副相比驱动力矩达到1/3以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杆副的1/3。在省电方面很有帮助。
2.2 高精度的保证。滚珠丝杆副是用日本制造的世界Z高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。
2.3 微进给可能。滚珠丝杆副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。
2.4 无侧隙、刚性高。滚珠丝杆副可以加予压，由于予压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性（滚珠丝杆内通过给滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强）。
2.5 高速进给可能。滚珠丝杆由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给（运动）。
3 滚珠丝杆的安装及使用注意事项（图1）
关键词：滚珠丝杆；数控化改装；优势；注意事项
1 概述
用普通卧式车床去加工批量零件时误差波动较大不易控制，生产效率较低。而如果要购进一台新的数控车床，投入的成本又太高，这时，我们可以采用将普通车床改装成数控车床的方法。把诸如C6150车床等普通车床改造成数控车床的基本思路，是把原来的机床进行大修，只保留机床导轨、主轴、溜板、尾座等部件，其余的全部撤除。代之以滚珠丝杆和步进电机，用单片机系统来驱动各轴的运动。具体对机床的改造部位是：拆掉手动刀架和小拖板装上数控刀架；拆掉普通丝杆、光杆进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杆螺母副；主轴后端加一光电编码器用波纹管连接，供加工螺纹使用，以此达到改造成简易型经济数控车床。
2 选用滚珠丝杆的优势
由数控车床原理可知：它用伺服电机带动滚珠丝杆转动，从而带动刀架沿着滑轨运动（滚珠丝杆原地转动）。丝杆传动直接关系到传动链精度。丝杆的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杆，但难以满足精度较高的零件加工。而滚珠丝杆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理想的产品。滚珠丝杆由螺杆、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，滚珠丝杆被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杆是工具机和精密机械上Z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覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。滚珠丝杆在良好的润滑下摩擦系数很低，毕竟是点接触，长期使用磨损量也少，对数控机床这样要求加工精度高而且加工精度能保持长期稳定的设备来说是必须的，而且较低的传动阻力也同时为更高速的传动打下基础。使用滚珠丝杆，也正是数控机床加工效率高的原因之一。滚珠丝杆精度很高，与伺服电机搭配，可使加工精度达到0.01MM。滚珠丝杆摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。滚珠丝杆还有一个优点就是它可以消除传动过程中正负方向的间隙。
2.1 与滑动丝杆副相比驱动力矩为1/3。由于滚珠丝杆副的丝杆轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杆副相比驱动力矩达到1/3以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杆副的1/3。在省电方面很有帮助。
2.2 高精度的保证。滚珠丝杆副是用日本制造的世界Z高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。
2.3 微进给可能。滚珠丝杆副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。
2.4 无侧隙、刚性高。滚珠丝杆副可以加予压，由于予压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性（滚珠丝杆内通过给滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强）。
2.5 高速进给可能。滚珠丝杆由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给（运动）。
3 滚珠丝杆的安装及使用注意事项（图1）
图1 进给用滚珠丝杠装配图
3.1 润滑。
为使滚珠丝杆副能充分发挥机能，在其工作状态下，必须润滑，润滑方式主要有以下两种：
3.1.1 润滑脂。润滑脂的给脂量一般是螺母内部空间容积的1/3，我厂滚珠丝杆副出厂时在螺母内部已加注GB7324-94 2#锂基润滑脂；
3.1.2 润滑油。润滑油的给油量标准如表1所示，但是随行程、润滑油的种类、使用条件（热抑制量）等的不同而有所变化。请注意使用。表1为润滑油的给油量标准（间隔3分钟）。
为使滚珠丝杆副能充分发挥机能，在其工作状态下，必须润滑，润滑方式主要有以下两种：
3.1.1 润滑脂。润滑脂的给脂量一般是螺母内部空间容积的1/3，我厂滚珠丝杆副出厂时在螺母内部已加注GB7324-94 2#锂基润滑脂；
3.1.2 润滑油。润滑油的给油量标准如表1所示，但是随行程、润滑油的种类、使用条件（热抑制量）等的不同而有所变化。请注意使用。表1为润滑油的给油量标准（间隔3分钟）。
表1 润滑油的给油量标准
3.2 防尘。滚珠丝杆副与滚动轴承一样，如果污物及异物进入就很快使它磨耗，成为破损的原因。因此，考虑有污物异物（切削碎削）进入时，必须采用防尘装置（折皱保护罩、丝杆护套等），将丝杆轴完全保护起来。另外，如没有异物，但有浮尘时可在滚珠螺母两端增加防尘圈，请用户根据需要按编号规则选定合适规格型号。
3.3 安装。滚珠丝杆副在安装时应注意以下事项：
3.3.1 滚珠丝杆副仅用于承受轴向负荷。径向力、弯矩会使滚珠丝杆副产生附加表面接触应力等不良负荷，从而可能造成丝杆的永久性损坏。因此，滚珠丝杆副安装到机床时应注意：a.丝杆的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线。b.安装螺母时，尽量靠近支撑轴承；同样安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位。
3.3.2 滚珠丝杆副安装到机床时，请不要把螺母从丝杆轴上卸下来。如必须卸下来时，要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。螺母装卸时应注意下列几点：a.辅助套外径应小于丝杆底径0.1～0.2mm；b.辅助套在使用中必须靠紧丝杆螺纹轴肩。c.装卸时，不可使过大力以免螺母损坏。d.装入安装孔时要避免撞击和偏心。
3.4 使用。滚珠丝杆副在使用时应注意以下事项：
3.4.1 滚珠螺母应在有效行程内运动，必要时要在行程两端配置限位，以避免螺母越程脱离丝杆轴而使滚珠脱落。
3.4.2 滚珠丝杆副由于传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向传动时，如部件重量未加平衡，必须防止传动停止或电机失电后， 因部件自重而产生的逆传动。防逆传动方法可用蜗轮蜗杆传动、液压式电器制动器及超越离合器等。
结束语实践证明，普通车床改装成数控车床过程中，滚珠丝杆的选用可实现数控车床加工高精度、高效率的优势，而在其具体安装与使用问题上必须以安全为前提，在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施，尤其是滚珠丝杆副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杆上也可加整体铁板防护罩。安装时丝杆的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线；装入安装孔时要避免撞击和偏心。
参考文献
[1]李洪.实用机床设计手册[M].北京:机械工业出版社,1997.
[2]成大先.机械设计图册[M].北京:化学工业出版社,2003.
[3]谷风金.C6140车床的数控改造与设计[J].煤矿机械.
3.3 安装。滚珠丝杆副在安装时应注意以下事项：
3.3.1 滚珠丝杆副仅用于承受轴向负荷。径向力、弯矩会使滚珠丝杆副产生附加表面接触应力等不良负荷，从而可能造成丝杆的永久性损坏。因此，滚珠丝杆副安装到机床时应注意：a.丝杆的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线。b.安装螺母时，尽量靠近支撑轴承；同样安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位。
3.3.2 滚珠丝杆副安装到机床时，请不要把螺母从丝杆轴上卸下来。如必须卸下来时，要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落。螺母装卸时应注意下列几点：a.辅助套外径应小于丝杆底径0.1～0.2mm；b.辅助套在使用中必须靠紧丝杆螺纹轴肩。c.装卸时，不可使过大力以免螺母损坏。d.装入安装孔时要避免撞击和偏心。
3.4 使用。滚珠丝杆副在使用时应注意以下事项：
3.4.1 滚珠螺母应在有效行程内运动，必要时要在行程两端配置限位，以避免螺母越程脱离丝杆轴而使滚珠脱落。
3.4.2 滚珠丝杆副由于传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向传动时，如部件重量未加平衡，必须防止传动停止或电机失电后， 因部件自重而产生的逆传动。防逆传动方法可用蜗轮蜗杆传动、液压式电器制动器及超越离合器等。
结束语实践证明，普通车床改装成数控车床过程中，滚珠丝杆的选用可实现数控车床加工高精度、高效率的优势，而在其具体安装与使用问题上必须以安全为前提，在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施，尤其是滚珠丝杆副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杆上也可加整体铁板防护罩。安装时丝杆的轴线必须和与之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线；装入安装孔时要避免撞击和偏心。
参考文献
[1]李洪.实用机床设计手册[M].北京:机械工业出版社,1997.
[2]成大先.机械设计图册[M].北京:化学工业出版社,2003.
[3]谷风金.C6140车床的数控改造与设计[J].煤矿机械.
来源：《黑龙江科技信息》2012年12期