孙彦旭 刘春联
（山东鲁南机床有限公司，滕州 277500）
摘 要：介绍了数控机床滚珠丝杠安装的结构型式，论述预拉伸精密滚珠丝杠安装方式方法及拉伸量的计算和测量。
关键词：丝杠；安装；拉伸
机床的性能在很大程度上取决于进给传动系统的定性和定量装配。机械驱动机构是数控机床进给系统中位置控制的重要环节，对进给系统精度有直接的影响。进给驱动机构主要有滚珠丝杠驱动、齿轮齿条驱动、直线电机驱动和并联虚拟轴驱动几种型式，根据机床的使用范围及精度要求不同，可采用的进给驱动机构也会有很大的差异。由于滚珠丝杠具有传动效率高、定位精度高、使用寿命长、同步性能好、传递可逆性等优点，目前，数控机床使用最普遍、最广泛是“旋转电机＋滚珠丝杠”进给传动机构，该机构又分为丝杠转动结构和丝母转动结构。由于丝母转动结构复杂，受移动工作台空间的限制，装配维修比较繁琐，数控机床进给系统中得到广泛使用的是“丝杠转动结构”。滚珠丝杠副一般只能承受轴向力，较大的径向力和倾覆力矩可能造成丝杠的损坏，所以，滚珠丝杠的正确安装对其使用运转性能具有重要的决定作用。
1 滚珠丝杠转动的结构型式
常见的滚珠丝杠转动进给机构有伺服电机与滚珠丝杠直联和伺服电机通过齿轮（或同步带）减速与滚珠丝杠相连，即丝杠随电动机转动，刀架工作台跟随丝母移动，从而将旋转运动转化为直线运动。其结构设计制造相对简单，可以减少启动力矩及滞后时间，见图1-4。
图1型式为一端固定一端自由，适用于短丝杠或垂直安装的丝杠；图2型式为一端固定一端游动，适用于经济形数控机床进给传动；图3型式为两端固定，机床使用的较少；图4型式为一端固定一端拉伸，适用于普及形机床或中高挡机床进给传动，即是预拉伸滚珠丝杠传动的结构型式。
2 预拉伸滚珠丝杠的安装
数控机床滚珠丝杠进给传动结构有轴承座、丝杠专用轴承、滚珠丝杠副、压盖、紧定精密螺母、工作台、伺服电机、联轴器、齿轮或带轮同步带等零件组成。其装配流程是：伺服进给电机轴承座→电机端轴承→丝杠副→后轴承座→压盖→工作台→滚珠螺母座→滚珠丝杠螺母→伺服进给电机。首先要将滚珠丝杠两端轴承座和轴承正确安装后，再将螺母座和工作台相连，最后紧固滚珠丝杠螺母法兰与螺母座的连接螺钉。
轴承支承座的装配之前的检查，当确定某两个轴承座为一组时，首先用专用研检具对轴承座进行检查其止口端面对孔的垂直度，不良时研刮解决，接触率75％且均匀。用芯轴检查单个轴承座的等高度（芯轴要求等径）图五，在轴承座端面根部及距端面100mm处，均不得超过0.005mm，可采用研刮、磨削等方法加工至要求。
轴承支承座的安装，先将电机端轴承座安装固定，然后在安装另一端轴承支座，用芯轴和分组的过度套（等直径同公差尺寸分3-4组）调整两轴承支承座轴承孔轴线侧母线，精度在0.005/100以内，测量上母在0.005/100以内，调整侧母时应控制丝杠轴线至基准导轨的尺寸；两轴承座对导轨的等距度上母和侧母均不得大于0.01mm，对于较长的导轨应先进行调平，上母和侧母可测量两轴承座根部，避免挠度误差。然后依次紧定轴承座螺钉，轴承座安装完毕。轴承的清洗及填充润滑脂，轴承不要过早地清洗好等待装配，应在即将安装前，打开轴承包装，用洁净的煤油或汽油作为清洗液，进行清洗；对制造厂家已经填充好润滑脂或带有密封圈的轴承，不需要清洗，可直接安装；已清洗好的轴承，在填充润滑脂和轴承安装过程中，不允许裸手接触轴承，以避免附着在手上的汗迹造成轴承的锈蚀。清洗方法，将清洗用器具按照粗、精铣分开进行清洗，器皿底部垫上金属网，防止轴承直接接触器皿底部沾染污物；粗铣时要尽量避免转动轴承，用刷子等工具清除附着在轴承表面上的污物之后再进行精洗；精洗时，将轴承轻轻的转动进行清洗，精洗轴承的清洗液必须经常更换，保持清洁；如果是油润滑的轴承，在轴承的表面和内部涂上一层润滑油，尽量在轴承不旋转的状态下安装到位；如果是脂润滑，清洗后的轴承可用注射器进行填充润滑脂，填充应均匀。常用滚珠丝杠专角接触轴承润滑脂填充量见表1（填充单位：CC）。
丝杠轴承定向装配，轴承内外圈侧面（或倒角）一般都标有径向跳动最大点的标识“0”，安装轴承时该标识“0”点应对准丝杠轴径径向跳动最低点；轴承安装时必须使用专用工具，配合表面涂上清洁的机油，未预紧状态下不允许转动轴承。常用滚珠丝杠专用角接触球轴承螺母紧固力矩见表2（N.M）。
压盖的安装，压盖紧固量的测量，用深度千分尺测量轴承座端面到止口底部的深度尺寸，在不少于三个点检测，取算术平均值计算深度尺寸，轴承在未施加预紧力的情况下单个用外径千分尺（或微分尺）测量外圈宽度尺寸，轴承一组相加的和与止口深度的差作为轴承配制压盖的基本尺寸，然后根据轴承大小确定紧固量，对于轴承制造商给定的轴承宽度尺寸，不需要测量，可直接计算，压盖的紧固量一般控制在0.02-0.04之间，压盖两端面的平行度不大于0.005压盖的预紧，将清洗干净的螺钉的螺纹表面涂上机油（或润滑脂），手动旋转到位，（不加预紧力）无阻尼现象，然后用1/2的预紧力按对角紧固一遍，在用100％的预紧力重复紧固一遍，最后按自己便于记忆的顺序（逆时针或顺时针）依次紧固一遍。
3 滚珠丝杠的拉伸
滚珠丝杠副的包装应在安装时打开，以防污物、异物和浮尘侵入丝杠，即使成装完毕也要采取防护措施；当丝杠两端支承座大于800mm时，丝杠中间部位应加一支撑，调整至与丝杠两端的高度一致，再进行拉伸操作。
首先把被拉端轴承按紧固力紧固到位，即把伺服电机端轴承座内的轴承装配好，消除轴承的游隙，拉伸端螺母轻紧到位，如图六。拉伸的计算与方法。
C＝α·Δ·LC为丝杠设计拉伸量，α为丝杠的线膨胀系数11.8×10-6/度，Δ为温度变化值2-3℃，L为丝杠的有效支撑长度mm。如丝杠的支撑长度L＝1138mm，取温度变化值Δ＝2℃，丝杠设计拉伸量C＝1138×2×11.8×10-6＝0.0268mm，实际装配安装时按0.02268对丝杠进行拉伸。在丝杠上母线和侧母线符合设计要求后，丝母座端面对丝母孔或基准导轨的垂直度不得大于0.005/100，将丝杠两端压上千分（或百分表），在拉伸端对螺母进行紧固，旋转图6右端精密螺母拉伸丝杠，使L2的移动量减去L1的移动量的差，不大于要求的拉伸量C，即L2-L1－≤C；且L1的移动量不得大于0.01mm，如图示两点的径向跳动不大于0.01，如轻微超差可按角接触轴承的倾斜度的调整方法进行调整，丝杠的周期性轴向窜动不得大于0.005mm，必需严格控制其轴向窜动量，该项指标直接影响丝杠的进给系统的位置精度。
4 优缺点比较
传统的滚珠丝杠结构如图六，滚珠丝杠螺母与螺母座径向尺寸D是过渡配合，丝杠螺母法兰与螺母座紧固连接，无论先正确安装好丝杠的两端轴承座，在连接丝杠螺母与螺母座工作台；还是先安装丝杠电机端轴承座和丝杠螺母与螺母座工作台，后安装丝杠另一端轴承座，安装调整难度大，同时安装精度也难以保证，滚珠丝杠两端与丝杠螺母座三点都存在着过定位现象。轻者影响机床加工零件的表面粗造度，重者影响机床的定位精度和位置的不确定性。现滚珠丝杠结构如图六，滚珠丝杠螺母与螺母座径向尺寸D是间隙配合，配合间隙一般为1-2mm，这样消除了丝杠两端与丝杠螺母座三点存在着过定位现象。首先正确安装丝杠两端轴承座组合件，对丝杠进行拉伸，紧固连接螺母座与工作台，然后依次用螺钉连接滚珠丝杠螺母法兰和螺母座，该法兰沉孔与螺钉的间隙使调整丝杠螺母座尺寸更简单，安装和调校方便，减少了装配误差。此方法省去了丝杠螺母座尺寸的多次测量和配磨，装配时间也节约了1/3以上，适合于推广和大批量生产。
5 滚珠丝杠成装后的检查
滚珠丝杠安装完毕后，手动对丝杠进行顺向和逆向转动，均应顺畅，手感无异常；查看各润滑点润滑是否充分；用电机拖动丝杠时，应由低到高逐渐提高，高速旋转时声音是否正常，两端轴承座有无发热现象；将所有装配精度做写实记录。我公司生产的数控车床、数控立、卧加工中心和数控龙门铣床等数控机床均采用预拉伸滚珠丝杠结构型式，该机床的定位精度和重复定位精度用激光测量仪一次测量都到达国家标准的要求之内，且加工零件尺寸稳定。目前，该方法已都形成了我公司固定装配工艺，通过实践证明，提高公司的产品质量的稳定性和可靠性。
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