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滚珠丝杆的使用问题分析
http://www.lzc520.com   责任编辑:龙之创   信息来源:本站原创   浏览次数:   更新日期:2016-01-08

前言:【滚珠丝杆】在CNC工具机械中,取代了传统式的艾克姆丝杆,主要功用在于增加定位精度及延长使用寿命。欲消除机械运转的背隙,通常会搭配有预压力之滚珠丝杆,但若滚珠丝杆安装不当时,就无法展现其高精度与较长的寿命。本文主要讨论滚珠丝杆在安装上所遇到问题及问题预防,并详述测定程序来帮助使用者找出滚珠丝杆使用异常所发生的原因。

滚珠丝杆安装容易发生问题的原因与预防:以下叙述三种滚珠丝杆安装上容易发生的问题原因与其预防方法。

1.作动不顺畅:

[1]丝杆及螺帽加工问题:(1)回流系统位置加工不当;(2)丝杆或螺帽钢珠沟曹研磨粗糙度不佳;(3)丝杆或螺帽钢珠沟槽真圆度超出公差范围;(4)丝杆或螺帽的导程误差或节圆直径超出公差范围。​

​[2]过行程:(1)过行程发生的原因可能发生于机台设定、极限开关失效或撞车。过行程会造成回流管的损伤及凹陷,甚至断裂,而造成钢珠无法正常运转:在这恶劣的运转条件下,可能造成丝杆或螺帽珠槽表面的剥离。若要重新安装,滚珠丝杆必须经制造商的重新检修,及防止进一步损坏。

[3]偏心:(1)安装滚珠丝杆时,两端的轴承支撑座与螺帽座要调整到三点同心的最佳状况如果在不同心的情况下安装,螺帽座与轴承座会产生径向负荷,两者信心量太大时会造成丝杆弯曲,甚至在信心的情况,假使无造成明显的丝杆弯曲时,异常磨耗仍持续不断发生,并使丝杆精度迅速降低。同时滚珠丝杆与马达间也要保持自然同心的状态,避免产生不良的径向力矩。而螺帽设定的预压力越高信心量精度的要求越高。

[4]​异物进入钢珠轨道:(1)滚珠丝杆若未安装刮刷器或刮刷器损坏,加工时的杂质(铁屑等)或灰尘的堆积会阻碍钢珠轨道,造成顺畅度不佳、精度降低及使用寿命下降。

[5]回流系统损坏:(1)回流系统在安装时受到严重的撞击,可能造成凹陷及损伤,造成钢珠进入回流系统时钢珠之路径不顺畅。

[6]螺帽与螺帽座结合不当:(1)安装螺帽时与螺帽座连接面倾斜或信心会造成偏心负载,使马达运转这电流值不稳定。

[7]搬运时造成滚珠丝杆的损坏:(1)在安装的过程中,要避免螺帽脱离丝杆螺纹部位,因为一量脱离,钢珠将散落且会有预压的变动、循环系统及刮刷器的破损。(2)滚珠丝杆的摩擦系数小,在搬运及安装过程中,注意在垂直放置时,避免螺帽或丝杆本身的自重而产生脱落造成损伤。如有上述情况,此时必须经制造商的检修,以防止进一步损坏。​

2.间隙太大

[1]无预压或预压不足:(1)当无预压之滚珠丝杆垂直旋转时,螺帽会因本身的重量造成转动而下滑;因此无预压的滚珠丝杆会有相当的背隙存在,所以只能用于较小操作阻力的机器,但对于定位精度就较不要求。PMI于不同的机台应用上决定正确的预压量,并于出货前调好预压值;因此当你订购滚珠丝杆前确实操作情况。

[2]轴承选用不当及轴承安装不当:(1)通常滚珠丝杆必须搭配斜角轴承,尤其是以高压力角设计的轴承为较佳的选择; 当滚珠丝杆随轴向负载时,一般的深沟滚珠轴承无法藉由预压的方式消除本身的背隙,因此安装此种轴承会产生固定量的轴向背隙,所以深沟滚珠轴承并不适用于此。​​(2)以两个锁定螺帽搭配弹簧垫圈或间隔环固定轴承以防止运转时松脱;(3)轴承靠面与肩部之锁定螺帽V形牙轴心的垂直度不佳,或两对应方向锁定螺帽面之平行度不佳,两者相互搭配后会导致轴承的倾斜;因此丝杆肩部之锁定螺帽V形牙与轴承靠前必须同时加工,才能确保垂直度,如果以研磨方式加工更好。(4)​​若轴承安装于滚珠丝杆上而两者相互贴合不确实,在随轴向负载的情况下会导致背隙的产生,这种情形可能是由于丝杆肩部太长或太短所造成的,可使用间隔环方式消除背隙。

[3]支撑座的表面平行度或平面度不佳:(1)结合元件表面不论是研磨或铲花,只要其平等度或平面度超出公差范围,床台运动时位置的重复精度针较差,因此一部机械,通常在支撑座与机械本体间以薄垫片来达到调整组装精度。

[4]螺帽座或轴承座刚性不佳:(1)如果螺帽座或轴承座刚性不足,由于元件本身重量、机械荷重或机械运转中所产生之惯性力会使其产生弹性变形,造成偏斜。

[5]螺帽座或轴承座组装不当:(1)由于震动或缺少弹簧垫圈使得螺帽固定螺丝松脱;(2)​固定螺丝太长导致螺丝孔深度太浅使得固定螺丝之螺头与接触之元件结合面无法贴合,因此无法得到有效之锁因力。(3)固定螺丝太短导致固定螺丝无法得到有效之锁固力。(4)由于震动或未使用定位销使得结合组件松脱。可以使用实心销取代弹簧销达到定位目的。

[6]马达与滚珠丝杆结合不当:(1)联轴器结合不牢固或本身刚性佳,会使丝杆与马达间产生转动差。(2)键的松动,或是键、键槽及轮毂间的任何不当搭配,皆会使这些元件产生间隙。(3)若不适合以齿轮驱动结构非刚体,可用时规皮带来驱动以防止产生滑动。

[7]碎裂:(1)钢珠破裂:钢珠最常用的材质是铬钼钢,若要使一颗直径3.175mm(1/8吋)的钢珠破裂,约须1400KG(3080磅)~1600KG(3520磅)。滚珠丝杆作动时,当有、无润滑时温升差异明显,此温升可能造成钢珠破裂或损坏,丝杆珠槽的损坏。因此设计过程中须考虑润滑油的补充,如无法使用自动润滑系统,必须将润滑油的补充计划列入保养手册。

​​[2]回流系统凹陷或断裂:螺帽过行程开回流系统受到撞击会造成回流系统凹陷或断裂,因此阻碍钢珠的循环路径,使得钢珠变成滑动而非滚动,最后造成回流系统断裂。预防方式可在丝杆前后端加装防撞器,防止过行程时,回流系统及螺帽受损。

[3]滚珠丝杆肩部断裂:(1)不当设计:丝杆肩部应避免锐角设计,以减少局部应力集中。(2)丝杆轴颈弯曲:轴承承靠面与锁定螺帽V形牙轴心的垂直度不佳,或两对应方向盘的锁定螺帽面平等度不佳,皆会导致丝杆肩部的弯曲或断裂;因此在锁定螺帽锁紧的前后,丝杆肩部偏摆量不得超过0.01mm(0.0004吋)。(3)径向力或反复应力:安装丝杆时造成偏心会产生异常的交变剪应力并使滚珠丝杆提早损坏。(4)丝杆肩部尺寸的设计,应避免与丝杆截面积差异过大。

[4]温升对滚珠丝杆的影响:滚珠丝杆运转时,会影响到机械传动系统精度,特别是高速且高精度的机械以下是影响滚珠丝杆温升的因素:

【1】预压力的影响:为避免造成机械传动系统的换偶俱乐部,可藉由提高了螺帽刚性为达到,意指提高螺帽预压力达到一定水准。施加预压力于螺帽会增加螺牙的摩擦扭矩,并使丝杆在作动时的温升提高。推荐预压力为最大轴向负荷的1/3,且预压力最重不得超过10%的动负荷,以获得最佳的寿命及较低的温升效应。

【2】润滑的影响:润滑油选择直接影响滚珠丝杆的温升。滚珠丝杆须采以油或油脂其中一项的润滑,一般建议以轴承润滑油为滚珠丝杆油润滑,油脂则建议以锂皂基的油脂。油品黏度选用是依操作速度、工作温度及负荷情形来做选择。当工作情况为高速低负载时最好选用低黏度油品;低速高负载时则建议使用黏度高油品。一般来讲,高速时建议使用润滑油40°C时黏度指数范围为32-68cSt(ISO VG32-68)(DIN51519);而低速时,建议使用的润滑油为40°C时的黏度指数范围为90cSt(ISO VG90)以上。应用于高速且重负载,必须以强制冷却来降低温度,且可藉由中空丝杆或冷却螺帽通入冷却油来达到冷却效果。

【3】预拉的影响:丝杆轴因热而伸长变形,会导致定位精度恶化。其热伸长量可藉由公式求出,此热伸长量可藉由预拉来做补偿;而预拉补偿的目标值就是国面所标示的负T值。过大的预拉会烧坏支撑轴承。因此建议采用小于5°C的预拉值,但若丝杆直径超过50mm时也不适合做预拉;丝杆直径大就需要大的预拉力,因此导致支撑轴承过热而烧坏。​

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