滚珠丝杠副卡滞现象原因分析.pdf

2 0 1 1年 3月 第 3 9卷 第 6期 机床与液压 MACHI NE TO0L HYDRAULI CS M a L 2 01 1 V0 1 3 9 No 6 D OI 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 0 6 0 4 1 滚珠丝杠副卡滞现象原因分析 陈曼龙 陕西理工学院 陕西汉 中7 2 3 0 0 3 摘要 传动效率很高的滚珠丝杠在使用过程中经常出现卡滞现象 生产厂家多认为卡滞可能是丝杠与螺母间隙过大或 不适当预紧造成的 但一直未能做出合理的解释 通过理论分析说明滚珠丝杠副卡滞是由丝杠与螺母滚道建立的滚动体运 动空间改变造成的 并指出保证滚动体在各个法向截面上具有相同的位置是保证滚珠丝杠正常运行的必要条件 关键词 滚珠丝杠 副 卡滞现象 原 因分析 中图分类号 T H 1 3 2 1 文 献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 6 1 2 8 2 滚珠丝杠以其传动效率高 传动和定位精度高得 到广泛应用 但是滚珠丝杠副在装配过程 中经常 出现 卡滞现象 发生卡滞 的滚珠丝杠 副表现为运动 明显受 阻 即使无 负载也需要较大的驱 动力矩 这给滚珠丝 杠副的装配带来极大麻烦 另外 滚珠丝杠副在使用 过程中也会 出现卡滞 现象 造成设 备不能 正常工作 经常发生卡滞 的滚珠丝杠 副会很快损坏 造成设备停 机 对此滚珠丝杠生产厂家认为是制造 中零件精度 不 足造成 的 对具体卡滞现象 的发生机理却不能做出合 理解 释 尽管 目前对滚珠丝杠研究 已经相当广泛 但 是对滚珠丝杠副卡滞问题 的研究却较少见到 由于滚 珠丝杠应用十分普遍 因此 了解 分析造成丝杠副卡 滞现象的原因是十分必要 的 1 滚珠丝杠副的卡滞现象 在实际生产 中 各种类型的滚珠丝杠副都存在卡 滞现象 区别于极少发生的卡死现象 滚珠丝杠在装 配或者使用过程 中会经常出现卡滞现象 滚珠丝杠副 的卡滞现象 与丝杠副卡死现象是不 同的 卡死后的滚 珠丝杠副丝杠相对 于螺母 无法转 动 滚珠 丝杠副 正 逆运 动都 无法 进行 无 论 以丝杠 还是 以螺母 做 主动 件 也无论其驱动力矩有多大都不能使丝杠 与螺母产 生相对运动 而卡滞后 的滚珠丝杠副可以工作 但需 要 的驱动力矩为正常工作时 的 5 1 0倍 有时甚至更 大 这种需要较 大驱动力矩驱动的情 况在很多时候只 持续较短时间 当丝杠转过一定角度后就 自行消失而 恢复成正常驱动力矩水平 了 一般 而言 对卡滞的滚 珠丝杠副采用敲击 振动方法 可使卡滞情况得到改善 或恢复丝杠 副正常使用 2滚珠丝杠副卡滞原因和机理 由于卡滞后滚珠丝杠 副与正常运行需要驱动力矩 的巨大差异 而且 当敲击或者振动使这种异 常状态发 生改变时 丝杠 副可 以恢复正常 又结合滚珠丝杠副 具有很高的传动效率 一般都在 9 0 以上 可以判 定滚珠丝杠 副发生 卡滞是 其 运行状 态 异常所 致 所 以研究 滚 珠 丝 杠 副 的 卡滞 现 象 须从 其 零 件 制 造 误 差 装配情 况上着手 查 明驱 动力 矩异 常增 大 的真 正 原 因 2 1 造成滚珠丝杠副卡滞现象发生的几种情况 根据滚珠 丝杠 副 的结构 丝杠 与 螺母 不直 接接 触 滚珠丝杠副的运动传递 是依靠 滚动体来 实现 的 卡滞现象的发生必然出现在滚动体运动状态异常的情 况下 滚珠丝杠副滚动体运动形式表现为周 向 轴 向 径向运动以及滚动体 自转 对滚珠丝杠而言 这 几种运动形式中任何一种发生异常都可以造成卡滞现 象 2 1 1 由丝杠与螺母径 向间隙造成 的卡滞情况 分析 从结构误差方面考虑 影响滚珠丝杠作周 向运动 的因素主要有丝杠与螺母间隙和二者轴线夹角 这里 所说 的丝杠与螺母 的间隙是指丝杠 或螺母作用 中径偏 离理想值 的间隙 丝杠与螺母 的径 向间隙会影响其工 作 时滚动体与滚道的接触角 当存在径 向间隙时 接 触角会变大而使驱动力矩增 大 同时该径 向间隙还 会影 响滚动体位置状态 见 图 1 图 1 a 为丝杠与 螺母理想位置关系 图 1 b 为丝杠与螺母有径向 间隙 即 一 0 正行程时滚动体的状态 图 1 C 为逆行程时的情况 此时滚动体产生滑移 从 点 O滑移至 O 产生很 大 的摩 擦力矩 由 于工艺 原因 不 可能保 证丝杠 与 螺母为 理想 状态 即丝杠 与螺母 间隙为 因而会 造成滚 动体运 动过程 中位 置状态 改变和接触角增大 进而造成驱动力矩增大 收稿 日期 2 0 1 0 0 2 2 4 作者简 介 陈曼龙 1 9 6 8 一 男 硕 士 副教 授 从 事精 密测 量技 术研 究 和教 学工 作 电话 1 3 1 9 6 3 7 2 3 9 7 E m a i l h z 20 2 05 3 1 26 co rn 第 6期 顾 丽敏 等 基于 C A X A数控车 的特殊 弧形 零件的 自动编程 1 3 3 2 3机 床 设置及 程 序后 置 处理 由 C A X A数 控 车 软 件 生 成 的 加 工 程 序 通 过 R 2 3 2串行 口 可 以直 接传输 给数控 机床 的 M C U 由 于数控机床 所采 用 的数控 系统不 同 会 导致 G代码 指令 的语言格式 也有 差别 因此需要通过机床设置 和 程序后置处理方法来解决 以 F A N U C数控 系统 为例 在 C A X A数控 车 软件 中 默认的机床名只有 L A T H E 1 L A T H E 2和 L A T H E 3 因此需要添加机床 单击主菜单的 数控车 一 机床 设置 命令 添加 F A N U C数控机床 并设置主轴控制 数值插补方法 补偿方式 程序启 停等相 应操作 的 G 代码指令 程序后置处理就是 针对 已经 添加 的 F A N U C数 控 机床 结合已经设置好 的机床配置 对后 置输 出的数 控程序 的格式 程序段 行号 程序 大小 数据 格 式 编程方 式 圆弧控制方式等进行设置 具体操作 为单 击 数控车 一 后置设置 根据新建的 F A N U C机床 进行后 置参数设 置 以达到简化程序 的 目的 3结论与展望 C K 6 1 4 0数控机 床 上 实体 零 件 的加 工 结果 表 明 利用 C A X A数车软件 自动编程加工得到的手柄外轮廓 曲面与手工宏程序编 程加工得到的手柄外轮廓 曲面相 比 前者表面光洁度较好 加工质 量高 另外 由于 自动编程代码可以通过 R 2 3 2串行 口直接输入至数控 系统 避免 了复杂 的面板输入 操作 自动编程加工所 需 时间是 手工 编程加工所需时间的 1 3左 右 因此大 大提高 了零件 的加工效率 C A X A数 控车软件具有应用灵 活 针 对性强 的特 点 可 以加工不 同类 型的 回转 体类 零件 与 目前市场 上功 能 相 似 的 同 类 软 件 例 如 P r o E U G 相 比 该软件价格相对较低 因此可以广泛应用于数控加工 行业 中 作者对特殊 弧形零 件 手柄外轮廓的 自动编程 作 了初步探讨 利用 C A X A数控车软件进行 了加工设 置 生成 了加工程序代码 此方法突破 了手 工编程 的 局限性 避免 了手工编程时繁琐 的节点计算工作 节 省 了在宏程序编程 中多次走空刀所耗 费的时间 但如 何 对软件产生 的 G代码 指令 进行 进 一步 优化 则 有 待 于进 一步的研究 参考文献 1 宛剑业 C A X A数控车实用教程 M 北京 化学工业出 版社 2 0 0 8 2 王建胜 王其兵 基于 M a s t e r ca m的弧形零件的自动编 程 J 机械设计 与制造 2 0 0 8 9 1 9 9 2 0 1 3 王世辉 数控机床编程与操作 M 北京 电子工业出版 社 2 0 0 6 4 刘长伟 数控加工工艺 M 西安 西安电子科技大学出 版社 2 0 0 7 5 李纯彬 孔春燕 基于 M a s t e r ca m零件的数控加工 J 工具技术 2 0 0 8 8 6 2 6 3 上 接 第 1 2 9页 的左下方滚道中 如果要驱动其做垂直于纸面的周向 运动则需要更大 的驱 动力矩 2 1 4 由返 向器造成 的卡滞情况分析 滚动体径 向运动 主要表 现在滚 动体进 出返 向器 的 过程中 此时滚动体运动方 向会发生 改变 即速度存 在突跳 考虑到返 向轨迹精确设计 和制造 以及 与滚 动体 正常工作情况的对 比 这里 主要考虑 返向器安装 不 良造成 的问题 返 向器 安装 过 程存 在 不 到位 的情 况 如 图 6所示 相对 于丝杠 当返向器安装距离稍 小 时会使滚 动体受到额外的挤压 如 图 6 a 反 之 则会使滚 动体楔紧 如图 6 b 显然无论 这两种 情况 中的哪一种都会 使驱动力矩增大 理论 轮廓 沦 廓 a 返 向器 与丝 杠 安装 距离 过 小 b 返 向器 与丝 枉 安装 距 离过 大 图 6 返向器安装不到位对滚动体运动状态的影响 通过 以上分析 可以看 出 如果不适 当预紧造成运 行不畅 则会伴 随丝杠 副运动 的整个 过程 这与卡滞 的定义是不相符合 的 此外 装配过程 中滚 动体尺寸 控制不严或使用中滚动体磨损也会造成滚动体运动空 间的相对改变 其滚动体状态情况类 同于丝杠 与螺母 径向间隙较大的情况 3结 论 滚珠丝杠副卡滞现象是滚珠丝杠装配和使用过程 中经常出现的现象 发生卡滞 的本质是滚动体在滚 动 过程中与滚道滑动 比例增大和楔紧效应 滚动体滚动 时滑动比例增大和楔紧效应是由丝杠与螺母滚道建立 的滚动体运动空间改变造成 的 滚动体运动空 间与丝 杠 和螺母