基于滚珠丝副装配试验工艺的研究

[摘 要]滚珠丝杠副具有传动效率高，磨损损失小，使用寿命长，运动平稳，传动精度高等特点，能实现旋转运动与直线运动相互转化并传递动力，在精密机床上应用非常广泛。此次研究主要针对滚珠丝杠副装配工艺方法，启动力矩测量方法，高、低频磨合试验方法进行工艺研究，通过对比试验、数据分析、总结经验摸索出滚珠丝杠副产品装配、测量、试验的工艺方法。

[P键词]滚珠丝杠副；启动力矩；低频磨合试验；高频磨合试验

中图分类号：TM111 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0263-01

1.概述

滚珠丝杠副其装配、启动力矩保证与测量、低频磨合试验、高频磨合试验等精度要求较高，钢球、返向器等选配有一定难度，不易实现。试验后产品启动力矩要求严格，根据产品结构特点，启动力矩不易测量，尤其试验后启动力矩难以控制，需要对其进行反复试验摸索，对滚珠丝杠的启动力矩测量方式及测量工艺进行深入研究。带负载力高、低频磨合试验不止我厂首次进行，也无其他专业生产厂家相关经验可以借鉴，因此对滚珠丝杠装配试验的工艺方法进行相关技术研究是十分必要的。

2、研究内容与技术方案

2.1 主要研究内容

根据目前需求，我们主要研究内容有：装配过程控制满足启动力矩要求。产品启动力矩要求较为严格，对装配参数控制有一定难度，需要对装配工艺方法进行研究，从而满足启动力矩要求。启动力矩的测量工艺方法研究。根据产品结构特点，启动力矩不易测量，需要对滚珠丝杠的启动力矩测量方式及测量工艺进行深入研究。低频磨合、高频磨合试验工艺方法的研究。

2.2 滚珠丝杠副的装配工艺研究

滚珠丝杠副滚珠循环列数为4列，滚珠装配数量总体在40～75之间。滚珠数量多，滚珠较小，装配滚道不连续，因此装配过程中存在滚珠容易散落或错入滚道等情况。我们采用两种工艺方法进行了装配研究。

第一种设计装配工装，装配工装包括装配杆和装配导向套各一件，将导向套装入丝杠螺母，再将装配杆穿过定位导向套置于丝杠螺母中间，保证装配杆固定稳定，将装配杆一端的端头与将要装配滚珠的丝杠螺母轨道齐平，慢慢的将滚珠放入轨道中去，待这一圈轨道装配完毕，移动装配杆，端头与下一个要装配的轨道一齐，慢慢装入滚珠，原理相同，以此类推，直到所有轨道装配完毕。然后将丝杆与装配杆搭接对齐，将丝杠螺母连同滚珠旋到丝杆上，完成装配。第二种在滚珠丝杠副磨合试验前涂抹油膏，保证产品磨合使用过程中运动灵活，避免损伤。这一方法装配质量高，能很好的完成装配。

2.3 启动力矩测量工艺研究

使用拉力计测量，拉力计量程为150N，分度值为0.06N。可以使用丝杠螺母自身所带的孔及凸台为着力点，需借用工装轴套，将轴套装入丝杠螺母一端孔内，以轴套上的孔为着力点。用拉力计测出丝杠螺母启动时拉力，测量出力臂实际值，从而计算力矩。

2.4 高、低频磨合试验工艺过程

滚珠丝杠副产品磨合试验首先将产品通过专用模具固定在试验台上，在磨合前，须检查产品是否夹紧，防止在磨合过程中工装与产品松动，损坏产品。检查传感器位置无问题，与磨合产品型号相对应后，启动试验台通过试验台加力功能向滚珠丝杠副施加负载力7N・m-15N・m条件下，设置正弦信号，周期f=0.6Hz，时间t=14min，其周期为行程周期，机械全行程范围内进行低频磨合。

低频磨合结束，检查试验台，确定各连接螺栓、螺母无松动等问题，确认传感器位置正确后向滚珠丝杠副施加负载力7N・m-15N・m条件下，螺母左端距离丝杠右端轴肩（26±1）mm处，进行幅值为±17mm正弦信号的高频磨合，周期为f=5Hz，时间为t=8min；其周期为行程周期。

3、研究成果及其水平

3.1 研究取得的成果

滚珠丝杠产品经过反复装配、摸索出借用工装的装配方法，能够有效的降低操作难度，提高工作效率，保证装配质量；通过多种测量方法对比确定了测量启动力矩的方法，不仅操作简便而且准确度高；通过多种产品的磨合试验摸索，熟练掌握了产品在试验台上的装配方法、技巧，并掌握了高、低频磨合试验的工艺方法，熟练掌握了产品性能试验台的使用；通过三种产品装配、试验的反复摸索总结了相关经验，为以后类似产品生产奠定了基础。

3.2 出现问题与解决措施

滚珠丝杠副装配过程中，由于滚珠数量多，滚珠直径小，装配过程中存在滚珠容易散落或错入滚道等情况。为降低操作难度，提高工作效率，设计装配工装来简化困难，装配工装包括装配杆和装配导向套各一件，将导向套放入螺母一端口处，装配杆进入，通过导向套来确保装配杆与螺母处于同心且水平位置，当一个滚道的滚珠装配完成，装配杆就移动到该处，一直到所有滚道都完成，这样防止滚珠掉落和装错滚道，简单有效的解决了上述的问题。

在进行高、低频磨合试验后，滚珠丝杠副的启动力矩会产生改变，甚至出现卡顿现象。因此试验后，返向器与滚道结合处连接不是十分顺畅，在磨合过程中存在返向器有稍微损坏的风险，这会造成出现卡顿的现象，滚珠丝杠副在进行磨合试验后返向器的左上部分出现了磨损的现象。在磨合试验后分解滚珠丝杠副，进行清洗，然后对产品进行检查，对有卡顿现象的滚珠丝杠副的返向器滚道角度进行修配，保证滚珠在反向器中滚动顺畅，返向器与丝杠螺母滚道衔接顺畅。

产品磨合后启动力矩普遍减小。丝杠与返向器、丝杠螺母组成的滚道不光滑，摩擦力大导致磨合前测量启动力矩偏大，经过磨合后，阻滞点消除，钢珠与滚道配合更顺畅，启动力矩减小，因此在磨合后对产品分解检查，若力值偏大则换小一号滚珠，若正好或偏小则换原来大小的新滚珠。经过调整滚珠直径来满足启动力矩要求。

4、总结

经过本次对滚珠丝杠副产品装配、试验摸索过程中产生的问题进行分析总结，以后的滚珠丝杠副产品设计、加工、试验中可以考虑在几个方面进行一定的完善。在最终的产品中，存在启动力矩没有达到要求的产品，建议可以对丝杠和螺母尺寸的误差进一步减小，提高丝杠和螺母尺寸的加工一致性；而滚珠的直径可有更多的选择，这样可以会更准确地达到启动力矩要求。返向器材料可以选择硬度较大的材料，这样可以使换向器不容易出现损坏现象；返向器与丝杠螺母滚道衔接配合性能需要进一步提高。通过完善优化，为后续产品的研制生产奠定基础。