毕业设计（论文）关于提高滚珠丝杠螺母机构的耐磨性探讨.doc

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1、毕业设计（论文）题 目 关于提高滚珠丝杠螺母机构的耐磨性探讨 专 业 机械设计与制造 班 级 08级机电一体化3-1班 学 生 指导老师 西安理工大学二O一 一 年 函 授 站 西安理工大学 教务主任 批准日期 毕业设计（论文）任务书 专业 学生 一、 毕业设计（论文）课题 二、 毕业设计（论文）工作自 年 月 日起至 年 月 日止三、 毕业设计（论文）进行地点 四、 毕业设计（论文）的内容要求： 负责指导教师 指 导 教 师 接受设计（论文）任务开始执行日期 学生签名 目 录第一章 滚珠丝杠螺母副在机械制造的重要性.11.1 机械制造技术的发展历程11.2 现代机械制造技术的现状21.3 现

2、代机械制造技术的发展趋势51.4 现代机械制造技术的特征7第二章 滚珠螺母副的工作原理.82.1滚珠丝杠的结构92.2工作原理9第三章 影响滚珠丝杠耐磨性的因素103.1滚珠丝杠副的特点113.2影响滚珠丝杠副丝杠加工速度的因素113.3滚珠丝杠传动特性113.4.滚珠丝杠副在高速数控机床上的应用.12.第四章 提高滚珠丝杠耐磨的措施.134.1滚珠丝杆螺母副的消隙134.2滚珠丝杠的支承154.3滚珠丝杆螺母副的安装164.4滚珠丝杠的防护174.5滚珠丝杠主要故障及原因194.6检测与维修19第五章 结论21谢辞 23参考文献 .24摘要：在机床上有一种部件是由细长长的金属棒制造的。上面是

3、光洁度很高的表面，有的还要带有螺纹。 一般在机床上面有螺纹的，叫丝杠。 1、按照国标GB/T17587.3-1998及应用实例，滚珠丝杠（目前已基本取代梯形丝杠，已俗称丝杠）是用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，并具有传动效率高，定位准确等特点； 2、当丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杠的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。 3、滚珠丝杠螺母间因无间隙，直线运动时精度较高，尤其在频繁换向时无需间隙补偿。滚珠丝杠丝母间摩擦力很小，转动时非常轻松。 4、滚珠丝杠与电机连接时中间必须加装联轴器以达到柔性连接

4、。同步带则可以直接用同步轮与电机出力轴连接。 5、滚珠丝杠副依据国家标准GB/T17587.3-1998, 分为定位滚珠丝杠副(P)和传动滚珠丝杠副(T)两大类.精度等级共分七个等级,即1.2.3.4.5.7.10级,1级精度最高.依次降低. 6、滚珠丝杆转动一周螺母移动的距离为一个螺距距离,如果是丝杠每转一周螺母移动四个（或五个）螺旋线的距离，那么表示该丝杠是四线（或五线）丝杠，俗称四头（或五头）丝杠。 一般小导程滚珠丝杠都采用单线，中，大或超大导程采用两线或多线。 丝杠的高效加工方法旋风铣削丝杠 丝杠的高效加工旋风铣是安装在车床上与车床配套的高速铣削螺纹装置，将旋风铣安装在车床中拖板上车床

5、夹持丝杠完成低速进给运动，旋风铣带动外旋刀盘硬质合金刀具高速旋转，完成切削运动。从丝杠上铣削出螺纹的螺纹加工方法。因其铣削速度高（速度达到400m/min）加工效率快。并采用压缩空气进行排屑冷却。加工过程中切屑飞溅如旋风而得名-丝杠旋风铣。关键字：机床 螺纹 滚珠丝杠副1.滚珠丝杠螺母副在机械制造的重要性滚珠丝杠副是一种精密传动元件，可以将直线运动和旋转运动进行相互转化，具有传动效率高、可逆、同步性能好、传动精度高的优点。正式由于这些优点让滚珠丝杠副在机床应用范围极其之广。1.1 机械制造技术的发展历程机械制造技术的发展历程机械制造业是国民经济最重要的基础产业，而机械制造技术的不断创新则是机械

6、工业发展的技术基础和动力。机械制造业发展至今, 按其生产方式的变化可划分为：（1）劳动密集型生产方式：手工制作及早期的工业生产均属于这种方式。（2）设备密集型生产方式：这是一种随着运输机械、施工机械和机床等大规模工业化生产的出现而产生的生产方式。汽车、拖拉机、轴承等大批量生产中的刚性生产流水线均属于这种生产方式。（3）信息密集型生产方式：从20 世纪初期开始出现了数控机床、加工中心等新型机电一体化加工设备。它实现了人与机器设备之间的信息交流，机器设备可通过获得的信息，快速、准确地实现加工，继而产生了使用这些典型设备的生产方式。（4）知识密集型生产方式：这种生产方式是制造理念的飞跃，把单向的产品

7、制造链组成为有机的制造系统，其中的物流系统、信息流系统、能量流系统等相互依赖、相互作用、相互协调。这种制造系统不单能与人进行信息交流，而且本身具有专家系统、数据库等必要的解决问题的知识，使其能在获取较少信息的情况下完成加工要求。柔性制造系统(FMS) 、计算机集成制造系统(CIMS) 是这种生产方式的典型代表。（5）智能密集型生产方式：这是目前正在研究和实施的一种全新的生产方式。它试图使用制造系统本身具有的人工智能，并引入了新的制造哲理和组织形式。因此, 这种制造技术能够快速响应市场的变化，超前地开发产品，实现多品种产品的全过程管理。这种制造技术的实施，将使人们梦寐以求的“无图纸加工”、“无人

8、化加工”、“无害化加工”成为可能。目前正在研究的智能制造系统( IMS) 、智能型计算机集成制造系统( I CIMS)、敏捷制造等就属于这种生产方式。现代制造技术的涵义相当广泛。一般认为，现代制造技术是以传统制造技术与计算机技术、信息技术、自动控制技术等现代高新技术交叉融合的结果，是一个集机械、电子、信息、材料与管理技术于一体的新型交叉学科，它使制造技术的技术内涵和水平发生了质的变化。因此，凡是那些能够融合当代科学进步的最新成果，最能发挥人和设备的潜力，最能体现现代制造水平的制造技术均称为现代制造技术，它给传统的机械制造业带来了勃勃生机1.2 现代机械制造技术的现状1.21 国外情况在制造业自

9、动化发展方面，发达国家机械制造技术已经达到相当水平，实现了机械制造系统自动化。产品设计普遍采用计算机辅助设计(CAD) 、计算机辅助产品工程(CAE) 和计算机仿真等手段，企业管理采用了科学的规范化的管理方法和手段，在加工技术方面也已实现了底层的自动化，包括广泛地采用加工中心(或数控技术) 、自动引导小车(AGV) 等。在这个基础上再提高制造系统的自动化水平，对于改善企业的TQCS ( T 尽量缩短产品的交货时间或提早新产品上市时间、 Q 提高产品质量、C 降低产品成本、S提高服务水平) 已无明显的作用。因此，近10 余年来，发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找出路，提出了一

10、系列新的制造系统，如计算机集成制造系统、智能制造系统、敏捷制造、并行工程等。（1）计算机集成制造系统它是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，通过计算机及软件，将制造厂全部生产活动有关的各种分散的自动化系统有机地集成起来，并适合于多品种、中小批量生产的总体高效率、高柔性的制造系统。计算机集成制造系统在概念上，主要强调两点：首先在功能上，它包含了一个工厂的全部生产经营活动，即从市场预测、产品设计、加工工艺、制造、管理至售后服务以及报废处理的全部活动。因此它比传统的工厂自动化的范围要大得多，是一个复杂的大系统，是工厂自动化的发展方向。其次，在集成上，它涉及的自动化不是工厂各个环节的自动化的简单

11、叠加，而是在计算机网络和分布式数据库支持下的有机集成。这种集成主要体现在以信息和功能为特征的技术集成，即信息集成和功能集成，以便缩短产品开发周期、提高质量、降低成本。计算机集成制造是一种概念、一种哲理，是指导制造业应用计算机技术、信息技术走向更高阶段的一种思想方法、技术途径和生产模式，它代表了当代制造技术的最高水平。（2）智能制造系统是指将专家系统、模糊推理、人工神经网络等人工智能技术应用到制造系统中，以解决复杂的决策问题，提高制造系统的水平和实用性。人工智能的作用是要代替熟练工人的技艺，学习工程技术人员的实践经验和知识，并用于解决生产中的实际问题，从而将工人、工程技术人员多年来积累起来的丰富

12、而又宝贵的实践经验保存下来，在实际的生产中长期发挥作用。智能制造系统的核心技术是具有人工智能，柔性制造集成制造智能制造是现代制造技术发展的三个阶段。（3）并行工程又称同步工程或同期工程，是针对传统的产品串行开发（“需求分析概念设计 详细设计过程设计加工制造试验检测设计修改”的流程，称为产品从设计到制造的串行生产模式）过程而提出的一个概念、一种哲理和方法。并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关各种过程的系统方法，该方法要求开发人员在设计开始就考虑产品整个生命周期中，从概念的形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。并行工程通过组成多学科的产品开发群组协同工作，利用各种计

13、算机辅助工具等手段，使产品开发的各个阶段，既有一定的时序又能并行，同时采用上、下游的各种因素共同决策产品开发各阶段工作的方式，使产品开发的早期就能及时发现产品开发全过程中的问题，从而缩短产品开发周期，提高产品质量，降低成本，增加企业竞争能力，并行工程强调在集成环境下的并行工作，因此，它是CIMS 进一步发展的方向。（4）敏捷制造又称灵捷制造、迅速制造和灵活制造等，它是将柔性生产技术、熟练掌握生产技能和有知识的劳动力与促进企业内部和企业之间相互合作的灵活管理集成在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变或无法预见的消费者需求和市场时机作出快速响应。市场的快速响应是敏捷制造的核心。敏捷制造的基本

14、原理是采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构，以分布式结构连接各类企业，构成虚拟制造环境，以竞争合作为原则，在虚拟制造环境内动态选择合作伙伴，并通过组成虚拟企业来适应持续多变、无法预料的市场变化。敏捷制造的核心是虚拟公司，虚拟公司映射为虚拟制造系统，虚拟制造系统2是敏捷制造的关键。敏捷制造是一种战略决策，它能使各合作伙伴既保证各自的利益，又能获得共同利益的一种全新的生产组织模式和制造模式，目前敏捷制造仍在发展研究中。1.22 国内情况我国机械制造技术水平与发达国家相比还非常低，大约落后20 年。近十几年来，我国大力推广应用CIMS 技术，20 世纪90 年代初期已建成研究环境，包括有

15、CIMS 实验工程中心和7 个开放实验室。在全国范围内，部署了CIMS 的若干研究项目，诸如CIMS 软件工程与标准化、开放式系统结构与发展战略，CIMS 总体与集成技术、产品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、管理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等专题。各项研究均取得了丰硕成果，获得不同程度的进展。但大部分大型机械制造企业和绝大部分中小型机械制造企业主要限于CAD 和管理信息系统，因底层（车间层）基础自动化还十分薄弱，数控机床由于编程复杂，还没有真正发挥作用。加工中心无论是数量还是利用率都很低。可编程控制器的使用并不普及，工业机器人的应用还很有限。因此，

16、做好基础自动化的工作仍是我国制造企业一项十分紧迫而艰巨的任务。我们在看到国际上制造业发展趋势的同时，还要立足于我国的实际情况，扎扎实实地把基础自动化工作搞上去， 才能在稳步前进的基础上开展制造业自动化系统的研究与应用。石油机械制造业目前也存在相当多的问题，其根本原因在于管理思想和管理模式的落后，以及信息技术应用的落后。虽然许多企业不同程度地采用了一些信息技术，但多属“技术孤岛”式的单项技术，未能实现整个制造系统的有机集成。因此，加速石油机械制造业的信息化，大力采用先进的管理思想和管理模式，应用信息技术CIMS 应用工程，实现跨越式发展，是从根本上改变石油机械制造业落后状况的有效途径。为使我国尽

17、快走向工厂自动化，促进中国机械制造业转向市场机制，参与国际竞争，张曙教授根据在引进先进技术的同时，从必须改革生产组织的角度出发，提出了“独立制造岛”新的生产模式。独立制造岛的技术构思是：以GT（成组技术）为基础，以NC 机床为核心，强调信息流的自动化和以人为中心的生产模式，它的特征是：组织、人员和技术三者的有机集成，面向车间，权力下放，综合治理，并以获经济效益为主要目标。在近几年, 已有一些大中型骨干企业实施了工厂CIMS 工程，如成都飞机工业公司以国家CIMS 实验工程为技术依托，和清华大学、南京航空航天大学、西北工业大学等单位合作开发了计算机集成制造系统工程。在公司的计算机网络和分布式数据

18、库支持下，由管理信息系统、质量信息系统、工程信息系统和车间自动化系统有机集成，形成了一个计算机辅助经营、设计、管理、制造的初步集成系统，以满足航空产品研制和多品种小批量生产的需要。原中国石油天然气总公司从1995 年起, 便在江汉钻头厂实施CIMS 工程，其中一期工程已于 1996 年完成，在2000 年完成了二期工程。两期工程实施以来该厂各年度净利润增长明显。1.3 现代机械制造技术的发展趋势现代机械制造技术的发展主要表现在两个方向上：一是精密工程技术，以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表，将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代；二是机械制造的高度自动化，以CIMS 和敏捷制造

19、等的进一步发展为代表。超精密加工的加工精度在2000 年已达到0.0001 m (1 nm) , 在21 世纪初开发的分子束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程（STE）可使加工精度达到0.00030.0001 m （013011 nm），现在精密工程正向其终极目标原子级精度的加工逼近，也就是说，可以做到移动原子级别的加工。加工设备正向着高精、高速、多能、复合、控制智能化、安全环保等方向发展，在结构布局上也已突破了传统机床原有的格式。日本Mazak 公司在产品综合样本中展示出一种未来机床，该机床在外形上犹如太空飞行器，加工过程中噪音、油污、粉尘等将不再给环境带来危害。随着技术、经济、

20、信息、营销的全球化，我国加入WTO，纵观21 世纪的制造业的发展趋势，可用三化来概括，即全球化、虚拟化和绿色化。这也是我国石油装备制造业未来发展的方向。1.31 全球化制造的全球化,可以说是21 世纪机械制造业自动化最重要的发展趋势。近年来，在各种工业领域中，国际化经营不仅成为大公司而且已是中小规模企业取得成功的重要因素。这一方面，由于国际和国内市场上的竞争越来越激烈，例如在机械制造业中，国内外已有不少企业，甚至是知名度很高的企业，在这种无情的竞争中纷纷落败，有的倒闭，有的被兼并。不少暂时还在国内市场上占有份额的企业，不得不扩展新的市场。另一方面，由于网络通讯技术的快速发展，提供了技术信息交流

21、、产品开发和经营管理的国际化手段，推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。这种发展进一步激化了国际间市场的竞争。这两个原因的相互作用，已成为全球化制造业发展的动力。全球化制造的第一个技术基础是网络化、标准化和集成化。由于网络通讯技术的迅速发展和普及，正在给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行，实现制造的全球化。第二个技术基础是集成化与标准化。异地制造实际上是实现产品信息集成、功能集成、过程集成和企业集成。实现集成的基础与关键是标准化，可以说没有标准化就没有全球化。1.32虚拟化虚拟化是指设计过程中的拟实技术和制造过程中的

22、虚拟技术。虚拟化可以大大加快产品的开发速度和减少开发的风险。产品设计中的拟实技术指面向产品的结构和性能分析技术，以优化产品本身性能和成本为目标，包括产品的运动仿真和干涉检验、动力学分析、造型设计、人机工程学分析、强度和刚度有限元计算等。制造过程中的虚拟技术指面向产品生产过程的模拟和检验，检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标，进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真。通过仿真软件来模拟真实系统，以保证产品设计和产品工艺的合理性，保证产品制造的成功和生产周期，发现设计、生产中不可

23、避免的缺陷和错误。虚拟化软件有可能形成21 世纪大的软件产业。1.33 绿色化已经颁布实施的ISO9000 系列国际质量标准和ISO14000 国际环保标准为制造业提出了一个新的课题，就是快速实现制造的绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程（绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理）生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响, 同时原材料和能源的利用效率能达到最高。如何最有效地利用资源和最低限度的产生环境污染, 是摆在制造企业面前的一个重大课题。绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现代制造业的体现，也是未来制造

24、业自动化系统必须考虑的重要问题。目前绿色制造技术有以下几个方面：（1）精密成形技术成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等。精密成形技术包括：精密铸造（湿膜精密成形铸造、刚型精密成形铸造、高精度造芯）、精密锻压（冷湿精密成形、精密冲裁）、精密热塑性成形、精密焊接与切割等。（2）无切削液加工无切削液加工的主要应用领域是机械加工行业，无切削液加工简化了工艺、减少了成本并消除了冷却液带来的一系列问题，如废液排放和回收等等。（3）快速成形技术快速原型零件制造技术（RPM），其设计突破了传统加工技术所采用的材料去除的原则，而采用添加、累积的原理。其代表性技术有分层实体制造（LOM），熔化沉积制造（FDM）

25、等等。以上这些技术之所以都被归于绿色制造工艺，是因为这些工艺和技术不仅减少了原材料和能源的耗用量或缩短了开发周期、减少了成本，而且有些工艺的改进对环境起到保护作用。这一切除了工艺革新外，还必须依靠信息技术，通过计算机的模拟、仿真, 实现绿色制造。我们应了解机械制造技术的发展过程，认识现代机械制造技术的现状，把握现代机械制造技术的发展趋势，科学高效地进行现代机械制造技术的研究，尽早地实现我国由制造业大国到制造业强国的过渡。1.4现代机械制造技术的特征(1)机械制造科学是由机械、计算机、信息、材料、自动化等学科有机结合而发展起来的一门跨学科的综合科学，它随不同对象和时间而改变功能结构及信息系统。(

26、2)柔性、集成、并行工作。现代机械制造系统具有多功能性和信息密集性，能够制造生产成本与批量无关的产品，能按订单制造，满足产品的个性要求。(3)制造智能化。能够代替熟练工人的技艺，具有学习工程技术人员多年实践经验和知识的能力，并用以解决生产实际问题。智能制造系统能发挥人的创造能力和具有人的智能和技能，强调以人为系统的主导者这一总的概念。在智能制造系统中，智能和集成并列，集成是智能的重要支撑，反过来智能又促进集成水平的提高。(4)设计与工艺一体化，传统的制造工程设计和工艺分步实施，造成了工艺从属于设计、工艺与设计脱离等现象，影响了制造技术的发展。产品设计往往受到工艺条件的制约，受到制造可靠性、加工

27、精度、表面粗糙度、尺寸等限制。因此，设计与工艺必须密切结合，要以工艺为突破口，形成设计与工艺的一体化。(5)精密加工技术是关键，精密和超精密加工技术是衡量先进制造技术水平的重要指标之一。当前，纳米加工技术代表了制造技术的最高精度水平。(6)产品生命周期的全过程，现代制造技术是一个从产品概念开始，到产品形成、使用，一直到处理报废的集成活动和系统。在产品的设计中，不仅要进行结构设计、零件设计、装配设计，而且特别强调拆卸设计。使产品报废处理时，能够进行材料的再循环。节约能源，保护环境。(7)人、组织、技术三结合，现代制造技术强调人的创造性和作用的永恒性；提出了由技术支撑转变为人、组织、技术的集成；强

28、调了经营管理、战略决策的作用。在制造工业战略决策中，提出了市场驱动、需求牵引的概念，强调用户是核心，用户的需求是企业成功的关键，并且强调快速响应市场需求的重要性。2.滚珠螺母副的工作原理数控机床的进给运动采用无级调速的伺服驱动方式，伺服电机的动力和运动只需经过由最多一两级齿轮或带轮传动副和滚珠丝杠螺母副或齿轮齿条副或蜗杆蜗条副组成的传动系统传动给工作台等运动执行部件。传动系统的齿轮副或带轮副的作用主要是通过降速来匹配进给系统的惯量和获得要求的输出机械特性，对开环系统，还起匹配所需的脉冲当量的作用。近年来，由于伺服电机及其控制单元性能的提高，许多数控机床的进给传动系统去掉了降速齿轮副，直接将伺服

29、电机与滚珠丝杠连接。滚珠丝杠螺母副或齿轮齿条副或蜗杆蜗条副的作用是实现旋转到直线的运动形式的转换。2.1滚珠丝杠的结构 （1）按滚珠丝杠的传动形式可分为丝杠转动传动和螺母转动传动。丝杠转动传动是指：丝杠转动，螺母固定在工作台上。丝杠旋转推动推动螺母，螺母带动工作台做往复运动。我们一般常见的都是这种类型安装方式。 螺母转动传动是指：丝杠被固定，螺母通过轴承固定在工作台上，伺服电机带动螺母旋转，螺母沿丝杠做轴向运动，进而带动工作台运动。这种传动方式一般用于丝杠较长的机床上，防止丝杠因刚性不足而产生震动和变形。 （2）按滚珠丝杠螺母结构可分为：内循环和外循环两种方式。 外循环方式的滚珠丝杠螺母由丝杠

30、、滚珠、回珠管和螺母组成。与内循环方式的主要区别在于螺母螺旋槽的两端用回珠管连接起来，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。 内循环方式的滚珠丝杠螺母结构关键是在螺母的侧孔中装有圆柱凸轮式反向器，反向器上铣有S形回珠槽，将相邻两螺纹滚道连接起来。滚珠从螺纹滚道进入反向器，借助反向器迫使滚珠越过丝杠牙顶进入相邻滚道，实现循环。2.2工作原理滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型传动装置。图2-1、2-2 是滚珠丝杠螺母副的原理图。在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当它们套装在一起时形成了螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则沿着

31、滚道滚动，螺母螺旋槽的两端用回珠管连接起来，使滚珠能作周而复始的循环运动，管道的两端还起着挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。（1）组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成（2）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。（3）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。 （4）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。 (5) 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。（6）传动效率高：机械效率可高达92%98%。图2-

32、1 滚珠丝杠螺母机构1丝杠；2螺母；3滚珠；4回珠管 图2-2滚珠丝杠副3.影响滚珠丝杠耐磨性的因素数控机床要求进给部分移动元件灵敏度高、精度高、反应快、无爬行,采用滚珠丝杠副可以满足上述要求。在结构中,用普通滚珠丝杠副实现将旋转运动变换为直线运动。滚珠丝杠螺母副安装时需预紧,通过预紧可消除滚珠丝杠螺母副的轴向间隙,提高传动刚度。预紧的方法是采用双螺母齿差调隙式结构。通过改变两个螺母的轴向相对位置,使每个螺母中滚珠分别接触丝杠滚道的左右两侧来实现的。 双螺母齿差调隙式结构一般需要几次调整才能保证机床在最大轴向载荷下,既消除间隙,又能灵活运转3.1滚珠丝杠副的特点(1) 动力更省驱动力矩仅为滑动

33、丝杠副的1/3，具有较高的运动效率，可以更加省电。(2) 高精度的保证滚珠丝杠副都是由高水平的机械设备连贯生产出来的，制作精度更高。(3) 微进给可能滚珠丝杠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。(4) 无侧隙、刚性高滚珠丝杠副可以加预压，由于预压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性。(5) 高速进给滚珠丝杠副由于运动效率高、发热小，所以可实现高速进给（运动）。3.2影响滚珠丝杠副丝杠加工速度的因素(1)丝杠长度较长，车削时容易引起工件震动；(2)丝杠长度较长，在车削时容易产生锥度；3.3滚珠丝杠传动特性（1）传动效率高 滚珠丝杠

34、副的传动效率高达90%98%，为滑动丝杠副的24倍，能高效地将扭力转化为推力，或将推力转化为扭力。 （2）传动灵敏平稳 滚珠丝杠副为点接触滚动摩擦，摩擦阻力小、灵敏度好、启动时无颤动、低速时无爬行，可级控制微量进给。 （3）定位精度高 滚珠丝杠副传动过程中温升小、可预紧消除轴向游隙和初级弹性形变、可对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，故可获得较高的定位精度和重复定位精度 （4）精度保持性好 滚珠及滚道硬度达HRC5863，滚道形状准确，滚动摩擦磨损极小，具有良好的精度保持性、可靠性和使用寿命。 （5）传动刚度高 滚珠丝杠副内外滚道均为偏心转角双圆弧面、在滚道间隙极小的时也能灵活传动。需要时加一定的预

35、紧载荷则可消除轴向游隙和初级弹性形变以获得良好的刚性（此时使用寿命有所减少）。 （6）同步性能好 滚珠丝杠副因具有导程精度高、灵敏度好的特点，在需要同步传动的场合，用几套相同导程的滚珠丝杠副可获得良好的同步性能。3.4滚珠丝杠副在高速数控机床上的应用 高速加工是面向21世纪的一项高新技术，它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，在航天航空、汽车工业、模具制造、光电工程和仪器仪表等行业中获得了越来越广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。为了实现高速加工，首先要有高速数控机床。高速数控机床必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统，才能实现材料切削过程的高速化。

36、为了实现高速进给，国内外有关制造厂商不断采取措施，提高滚珠丝杠的高速性能。主要措施有：（1）适当加大丝杠的转速、导程和螺纹头数。目前常用大导程滚珠丝杠名义直径与导程的匹配为：40mm20mm，50mm25mm，50mm30mm等，其进给速度均可达到60m/min以上。为了提高滚珠丝杠的刚度和承载能力，大导程滚珠丝杠一般采用双头螺纹，以提高滚珠的有效承载圈数。（2）改进结构，提高滚珠运动的流畅性。改进滚珠循环反向装置，优化回珠槽的曲线参数，采用三维造型的导珠管和回珠器，真正做到沿着内螺纹的导程角方向将滚珠引进螺母体中，使滚珠运动的方向与滚道相切而不是相交。这样可把冲击损耗和噪声减至最小。(3)采

37、用“空心强冷”技术。高速滚珠丝杠在运行时由于摩擦产生高温，造成丝杠的热变形，直接影响高速机床的加工精度。采用“空心强冷”技术，就是将恒温切削液通入空心丝杠的孔中，对滚珠丝杠进行强制冷却，保持滚珠副温度的恒定。这个措施是提高中、大型滚珠丝杠高速性能和工作精度的有效途径。(4)对于大行程的高速进给系统，可采用丝杠固定、螺母旋转的传动方式。此时，螺母一边转动、一边沿固定的丝杠作轴向移动，由于丝杠不动，可避免受临界转速的限制，避免了细长滚珠丝杠高速运转时出现的种种问题。螺母惯性小、运动灵活，可实现的转速高。（5）进一步提高滚珠丝杠的制造质量。通过采用上述种种措施后，可在一定程度上克服传统滚珠丝杠存在的

38、一些问题。日本和瑞士在滚珠丝杠高速化方面一直处于国际领先地位，其最大快速移动速度可达60m/min，个别情况下甚至可达90m/min，加速度可达15m/s2。由于滚珠丝杠历史悠久、工艺成熟、应用广泛、成本较低，因此在中等载荷、进给速度要求并不十分高、行程范围不太大(小于45m)的一般高速加工中心和其他经济型高速数控机床上仍然经常被采用。4.提高滚珠丝杠耐磨的措施如果精度不是很高的话，可以考虑选择冷轧丝杠，不过现在的冷轧丝杠的精度也都提高了，任意300mm内，允许的形成误差在0.008mm0.013mm内。因为冷轧丝杠的螺纹槽只是被挤下去了，工件的淬硬层还是连接的，但是磨削丝杠的螺纹槽却是磨削掉

39、的，工件的淬硬层已经被切断，所以硬度就会降低。动负荷必须大于机床的规定负荷，丝杆润滑特别重要，防尘特别重要，丝杆的自身刚性必须保证，58-62HRC。4.1滚珠丝杆螺母副的消隙（1）双螺母垫片调隙：2 b/ c# b# Z8 S% O/ s2 e) B; F修磨垫片厚度消隙 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。 （2）双螺母螺纹调隙：; s0 z2 m0 % O1 |9 a用锁紧螺母消隙9 QH3 w5 , %

40、x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。（3）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。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： 1 g: g6 . 9 p S0 o. Z1:1=T:S1 则

41、S1=T/Z17 如果两个齿轮同方向各转过一个齿，则丝杆的轴向位移为：S=S1-S2=T/Z1-T/Z2=T/Z1Z2* N5 8 n! D% 9 x7 w& K9 B& C1 例：当Z1=99，Z2=100时，S1。可以达到很高的调整精度。.4.2滚珠丝杠的支承4.21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。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4.22滚珠

42、丝杠在机床上的安装支承方式 滚珠丝杠常用推力轴承支承，数控机床以提高轴向刚度(当滚珠丝杠的轴向负载很小时，也可用角接触球轴承支座)。（1）一端装推力轴承。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低。此方式只适用于短丝杠，一般用于数控机床的调节环节或升降台式数控铣床的立向(垂直)坐标中。（2）一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承。此种方式可用于丝杠较长的情况。安装时应将推力轴承远离液压马达等热源及丝杠上的常用段，以减少丝杠热变形的影响。（3）两端装推力轴承。把推力轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，沈阳第一机床厂这样有助于提高刚度，但这种安装方式对丝杠的热变形较为敏感，轴承的寿命较两端装推力轴承及深

43、沟球轴承方式低。（4）两端装推力轴承及深沟球轴承。数控机床为使丝杠具有最大的刚度，它的两端可用双重支承，即推力轴承加深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式不能精确地预先测定预紧力，预紧力的大小是由丝杠的温度变形转化而产生的，但设计时要求提高推力轴承的承载能力和支架刚度。 近来出现一种滚珠丝杠专用轴承。这是一种能够承受很大轴向力的特殊角接触球轴承，与一般角接触球轴承相比，接触角增大到60，增加了滚珠的数目并相应减小滚珠的直径。这种新结构的轴承比一般轴承的轴向刚度提高两倍以上，使用极为方便。产品成对出售，而且在出厂时已经选配好内外环的厚度，沈阳第一机床厂装配调试时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧

44、，就能获得出厂时已经调整好的预紧力。使用极为方便4.3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。4.31滚珠丝杠副常用的安装方式双推-自由方式；双推-支承方式；双推-双推方式。大型卧式加工中心，是具有高性能、高刚性和高精度的机电一体化的高效加工设备，是加工各类高精度传动箱体零件及其他大型模具的理想加工设备。它的三个坐标方向均接纳伺服电机带动滚动丝杠传动，三个坐标方向，即X、Y、Z的事情行程较大。由于滚珠丝杠副的布局独特之处，使主机上三个方向的滚珠丝杠副的安装变患上特别关键。4.32新的装置工艺方法：通过对该产物的现场技术攻关，经过屡次重复的摸索与生产证验，总结出一条比力可靠的装置工艺方法。 1、首先，接纳整体式专用芯棒将丝母座孔校正，使其与基准导轨的正、侧向平行度在0.01/1000以内； 2、把丝母座固定后，接纳专业丈量夹具实际丈量出丝母座孔距基准导轨的正、侧向距离；之后，同样接纳整体式专用检棒将轴承孔与基准导轨的正、侧向平行度找正在0.01/1000以内，接纳专用丈量夹具实际丈量出