滚珠丝杠的故障诊断与维修

文章出处：admin 人气：614发表时间：2018-10-22 00:26:51

1、滚珠丝杆的简述

1.1 滚珠丝杠的特点
(1) 与滑动杆副相比驱动力矩为1/3
滚珠丝杠的丝杠轴于丝母之间有很多滚丝在做运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力达到1/3，即可达到同样的运动效果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3，在省电方面也很有帮助。
(2) 高精度轴承的保证
滚珠丝杠是使用世界最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，由于完善的精致管理体质使精度得以保证。
(3) 微进给可能
滚珠丝杠由于是利用滚珠运功，所以启动力极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精度的微进给。
(4) 无侧隙、刚性好
滚珠丝杠可以加予压力可使用轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性（滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的坼力可使用丝母的刚性增强）。
(5) 高速进给轴承可能
滚珠丝杠是由于运动效率高、发热小、所以实现高速进给（运动）。精度公差：C10,C7,C5,C3,C2,C1--数字越小，精度越高。
2.滚珠丝杠的故障现象及维修
因滚珠丝杠传统系统在数控机床这机构中实际运行最为频繁，各部件经常产生机械磨损和润滑不良，因而，常常出现定位精度下降，反向间隙过大，机械爬行，轴承磨损严重，噪音过大等故障。当这些故障出现时就要我们对此做出正确的诊断，才能及时修复设备。滚珠丝杠在运动中产生的故障现象主要可以分为2类，其具体原因如下。

2.1 反向间隙大，定位精度差，加工零件尺寸不稳定
滚珠丝杠螺母副及其支撑系统由于长时间运行产生的磨损间隙，将直接影响数控机床的转动精度和刚性。一般故障现象有：反向间隙大、定位精度不稳定等。根据磨损具体产生的位置，故障原因和细分为一下几类：
(1) 滚珠丝杠支撑轴承磨损或轴承预加负荷垫圈配的不合适。
(2) 滚珠丝杠双螺母副产生间隙，滚珠磨损。
(3) 滚珠丝杠单螺母副磨损产生间隙。
(4) 螺母法兰盘与工作台没有固定牢，产生间隙。
2.2 滚珠丝杠副运动不平稳，噪音过大
这种故障现象主要是一些认为原因，具体如下：
（1）伺服电机驱动参数未调整好。
（2）丝杠丝母润滑不良。
2.3 检测与维修
滚珠丝杠所产生的故障是多种多样的，没有固定的模式。有的故障是渐发性故障，要有一个发展的过程，随着使用时间的增加越来越严重;有的是突发性故障，一般没有明显的征兆，这种故障是各种不利因素及外界共同作用而产生的。所以通过正确的检测来确定真正的故障原因，是快速准确维修的前提。
2.4 滚珠丝杠螺母副及支撑系统间隙的检查维修
当数控系统出现反向误差大，定位精度不稳定，过象限出现刀痕时，首先要检测丝杠系统有没有间隙。检测的方法是：用百分表配合钢球放在丝杠的一端中心孔中，测量丝杠的轴向串动，另一块百分表测量工作台移动；正反转动丝杠，观察百分表上反映的数值，根据数值不同的变化确认故障部位。
（1）丝杠支撑轴承间隙的检测与修理。
如测量丝杠的百分表在丝杠正反向转动时指针没有摆动，说明丝杠没有串动现象，该百分表最大与最小测量值之差就是丝杠的轴向串动距离。这时，我们就要检查支撑轴承的背帽是否锁紧，支撑轴承是否磨损失效，预加负荷轴承垫圈是否合适。如果轴承没有问题，是要从新配做预加负荷垫圈就可以了。如果轴承没有损坏，需要把轴承更换掉，从新配做预加负荷垫圈，再把背帽背紧。丝杠轴向串动大小主要在于支撑轴承预加负荷垫圈的精度。丝杠安装精度最理想的状态是没有正反间隙，支撑轴承还要有0.22mm左右的过盈。
(2) 滚珠丝杠双螺母副产生间隙的检测与维修
通过检测，如果确定故障不是由于丝杠串动引起的，那就要考虑是否是丝杠螺母之间产生了间隙，这种情况的检测方法几本跟丝杠检测串动相同，用百分表测量与螺母相连的工作台上，正反向转动丝杠，检测出丝杠与螺母之间的最大间隙，然后进行调整。
方法如图2所示，调整垫片4的厚度，使左右螺母1、2产生轴向位移，从而消除滚珠丝杠螺母副间隙和产生预紧力。

（3）单螺母副的检测与维修
对于单螺母滚珠丝扛，丝杆螺母副之间隙是不能调整的。
如检测出丝杠螺母副存在间隙，首先检测丝杠和螺母的螺纹圆弧是否已经磨损，如磨损严重，必须更换全套丝杠螺母；如检查磨损轻微，就可以更换更大直径的滚珠来修复。在修复时，首先要检测出丝杠螺母副的最大间隙，换算成滚珠直径的增加，然后选配合适的滚珠重新装备。这样的维修是比较复杂，所需时间长，要求技术水平高。
（4）螺母法兰盘与工作台连接没有固定好而产生的间隙
这个问题一般容易被人发现，因机床长期往复运动，，固定法兰盘的螺钉松动产生间隙，在检查丝杠螺母间隙时最好把该故障因素先排除，以免在维修时走弯路。
（5）滚珠丝杠螺母副运动不平稳、噪音过大等故障的维修
滚珠丝杠螺母副不平稳和噪音过大，大部分是由于润滑不良造成的，但有时也可能因伺服电驱动参数未调整好造成的。
2.5 轴承、丝杠螺母副润滑不良
机床在工作中如产生噪音和振动，在检测机械传动部分没有问题后，首先，要考虑到润滑不良的问题，因为很多机床经过多年的运转，丝杠螺母自动润滑系统往往堵塞，不能自动润滑。这时，可以在轴承、螺母中加入耐高温、耐高速的润滑脂就可以解决问题，润滑脂能保证轴承、螺母正常运行数年之久。
2.6 伺服电机驱动问题
有的机床在运动中产生振动和爬行，往往检测机械部分均无问题，不管怎样调整都不能消除振动和爬行。经仔细检查，发现伺服电机驱动增益参数不适合实际运行状况。调整增益数后，就可消除振动和爬行故障。
2.7 滚珠丝杠副的修复
本文中所用牧野加工中心（机床型号MC1210-A60）采用的是双螺母外循环滚珠丝杠。由于滚珠丝杠滚道是精度磨削加工成型，所以采用圆柱形油石对丝杠滚道内的局部疲劳点进行研磨处理，来消除疲劳点：将螺母拆开，仔细检查每个钢球，将表面有磨损的钢球作废，并用千分尺对所有的钢球进行测量，将尺寸变化较大的钢球作废，按测量尺寸购买同型号的钢球，保证这些钢球的直径误差在0.01mm以内：修复回珠插管，将插管凹陷的部分进行修复，尤其是插管两端的凹陷，会影响钢珠循环滚动，必须平整流畅。将螺母、钢球、丝杠滚道用煤油清理干净。
装配：刚开始装配顺利，装配进行到最后时，每安装一粒钢球都需要反复慢慢旋转螺母，并轻轻的按钢球，才能消除钢球之间的间隙。为了防止钢球从另一端滚出，可先将滚道一端口堵上，边旋转边装配，装备时要仔细并有耐心，越到最后安装越困难，直到钢球装配完成。
针对部分小型的滚球丝杠副，如HASS立式加工中心滚珠丝杠副，也可以采用较为简易的安装方法：将钢珠、螺母、丝杠用煤油清理干净后，先用甘油将小钢珠直接粘到丝杠螺母的滚道上，此时应注意：每一列循环滚道内都应沾满钢珠，而相邻两列之间的滚道内不允许有钢珠。然后将插管也装满滚珠，并将插管口的滚珠用甘油粘住。将插管加入到丝杠螺母上然后慢慢旋转螺母逐渐将螺母装配到丝杠上。此方法主要针对钢球较小的滚珠丝杠副的安装，钢珠过大的话则很难用粘到螺母内的滚道上。
2.8 轴向间隙的消除
由于制造和安装的误差以及使用磨损，滚珠丝杠副总是存在误差的。这些误差对于滚珠丝杠副的传动精度和刚度都有影响。因此，必须采取措施来消除轴向间隙和提高轴向刚度。
本文主要采取垫片调整方式：通过选用不同厚度的垫片在改变两个螺母之间的轴向距离，以达到调整轴向间隙和预紧的目的。这种方式结构简单，刚性好，可靠性也好，当滚珠丝杠副产生间隙时能够及时更换调整垫片的厚度来消除轴向间隙。但精度调整比较困难，当滚道有磨损是不能随时消除间隙和改变预紧程度，只适用于一般精度的滚珠丝杠副。

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