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2022/12/12
滚珠丝杠直接决定数控机床的加工精度、精度稳定性和保持力，是高档数控机床的核心执行部件。在国家重大科技项目的支持下，行业龙头骨干企业滚珠丝杠，产品在刚性和综合性能方面取得了显著进步，但精度保持时间与海外滚珠丝杠，高端副产品相比仍有明显差距，成为制约国内滚珠丝杠副产品在高档数控机床上应用的突出瓶颈问题。通过对数控机床企业的实地调研和国家科技重大承担单位前期的大量可靠性试验表明，影响滚珠丝杠二级精度保持时间低的主要失效形式之一是磨损，磨损导致精度损失加速，影响产品行业认可度。该行业突出的共性基础技术问题，成为国内滚珠丝杠赶超或赶超国外高端产品的关键。 滚珠丝杠是数控设备的核心部件之一，它可以将丝杠或螺母的旋转运动转化为沿丝杠轴向的直线运动，也可以将直线运动转化为旋转运动。与接触螺旋面间滑动摩擦阻力大的滑动丝杠传动不同，滚珠丝杠副将滚珠置于丝杠与螺母滚道之间，克服了运动时低值和占优势的滚动摩擦，所需驱动力矩仅为滑动丝杠的三分之一。由于滚珠丝杠具有定位精度好、传动效率高、可靠性高、使用寿命长等优点，广泛应用于数控机床的进给系统中传递力和运动，是数控机床的关键功能部件。特别是在有特殊要求的场合（如重型机械和航空航天），滚珠丝杠发挥着不可替代的作用。 精密和超精密加工技术与装备在现代军事、航空航天工业和高端民用产品制造中发挥着非常重要的作用，对我国工业的发展具有重要影响。超精密加工主要包括以下领域：超精密切削（车铣）、超精密磨削、超精密磨削和抛光(机械磨削、机械化学磨削和抛光等。超精密特种加工（电子束、离子束、激光束加工等）和新开发的纳米技术。 磨削是精密零件的精密加工方法之一，是工业社会早期出现，然后开始大规模推广应用的精密加工方法。在各种精密加工方法中，精密切削和精密磨削的实现在很大程度上依赖于加工设备、加工刀具等相关技术的支持，并且受到环境因素的影响和限制，要真正实现高精度加工是非常困难的。精密磨削技术以其独特的加工原理、简单的加工设备结构、对设备制造精度和环境因素的低要求，成为精密加工技术的重要组成部分。 磨削技术广泛应用于金属的高精度加工，许多学者对此进行了研究。研究了钽钨铪合金的超精密镜面磨削，并使用了几种氧化铝和碳化硅颗粒进行磨削实验。研究发现，使用氧化铝磨料时，钽钨铪合金表面会产生裂纹。磨削压力过高时，磨料容易嵌入工件表面，使表面质量变差，还对铝合金手机外壳进行了超精密镜面加工实验。结果表明，抛光压力越高，工件加工效率越高，但粗糙度不断增加。粒度越小，单位面积的单个磨粒力越小，加工效率越低，但表面质量越高。抛光垫的粗糙度越大，储存的抛光液越多，加工效率越高。但表面去除的残渣容易留在抛光垫中，导致工件容易被划伤。在铝合金球体镜面抛光的研究中，结果表明，当使用较细的磨粒时，工件的表面粗糙度不随磨削压力而变化。四轴球磨机用于研磨钛球表面。实验结果表明，磨粒尺寸越大，磨粒切削深度越大，表面粗糙度越大。磨削速度对工件表面粗糙度的影响不明显；增加研磨压力会降低球体加工表面的粗糙度。 磨削是提高滚珠丝杠导程精度和改善表面质量的有效手段。一般来说，滚珠丝杠光整是用砂轮磨削钢丝杠外滚道，以满足加工精度要求。然而，随着工业需求的不断提高，用砂轮磨削滚珠丝杠副很难满足需求。精密磨削通常不仅适用于各种设备，而且可以在不同的环境下加工螺钉。因此，与传统的用砂轮磨削滚珠丝杠的方法相比，磨削在丝绸杠外滚道的高精度加工中越来越重要。第一台光栅刻划机的螺杆就是用磨削制成的，虽然近年来螺纹车削和磨削的精度有了很大的提高，但国内外仍有许多厂家采用磨削技术来提高和修复螺杆的精度。此外，对于经常作为螺杆研究参考的滚动轴承，国内外制造企业也采用磨削来超精加工内外圈滚道和轴承滚珠。因此，采用磨削技术精加工螺纹滚道是非常可行的。
2022/12/28
滚珠丝杆副运行过程中会伴随磨损的发生，经过一段时间的使用，形成轴向间隙，致使预紧效果逐渐下降甚至消失。研究了轴向磨损量对预紧力的影响，并分析了不同滚珠丝杠转速和接触椭圆离心率情况下，轴向磨损量和预紧力的变化趋势。 高速滚珠丝杆接触磨损是复杂的微观动态过程，根据磨损机理可将磨损大致分为： 1)粘着磨损：当摩擦表面的接触峰在相互作用的各点处发生“冷焊”后，在相对滑动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成了粘着磨损。 2)磨粒磨损：相对运动的两个物体，由于外部进入摩擦面间的游离硬颗粒或硬的接触峰尖造成表面损伤的磨损。 3)疲劳磨损：由于摩擦表面材料微体积在重复变形时疲劳破坏而引起的机械磨损。 4)机械化学磨损（腐蚀磨损）：由机械作用及材料与环境的化学作用或电化学作用共同引起的磨损。 5)流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损（冲蚀磨损）：由流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬质颗粒作用引起的机械磨损。 6)微动磨损（微动损伤）：一种甚为隐蔽的、由粘着磨损、磨粒磨损、机械化学磨损和疲劳磨损共同形成的复合磨损形式。在相互接触的金属表面间由于微小的振动，接触面会产生氧化磨损微粒，难以从接触面排除，就会发生微动磨损。 滚珠丝杆副运行过程中可能伴随着多种磨损形式的作用，从而导致传动系统精度的降低。初始阶段，滚珠与滚道的接触面比较光滑，可能只存在粘着磨损，过段时间后，随着粘着磨损的进行，滚珠与滚道接触表面会有金属颗粒脱落，造成磨料磨损的发生；同时，脱落后形成新的金属表面在温度与润滑剂等作用下发生化学或电化学反应，形成腐蚀磨损，磨损量增大，系统精度损失加剧。此外，滚珠丝杠副在长期的循环接触应力的作用下，滚道面可能会有细微裂纹产生，造成接触面材料的剥落和点蚀，形成疲劳磨损。因此，滚珠丝杠副的磨损是一个复杂的过程，必须了解其磨损机理。 从微观角度分析，摩擦表面存在许多微凸体，称为粗糙峰。当滚珠与滚道相对运动时，接触面处实际接触面积比名义接触面积小很多，往往只是接触峰之间的摩擦。此时接触峰处于高压和局部高温的状态，将先后出现物理键与化学键，便会形成粘附点。在随后的滑动中，当接触面的粘着功大于滚珠或滚道的内聚功时，将会发生断裂，材料的迁移黏附点将会被破坏。因此，滚珠与滚道接触表面处于粘附、破坏、再粘附的交替过程，接触表面的材料发生迁移和剥落，从而造成滚珠丝杆副的磨损。 为了方便比较，这里引入无量纲量法向载荷法向接触面积。滚珠与滚道法向接触面积随轴向载荷变化的曲线，为了接近真实的接触情形，此处将接触椭圆的离心率设置为0.5，垫片预紧力为1470N。丝杆侧法向接触面积始终小于螺母侧法向接触面积，左侧接触面积随着轴向载荷的增大而不断减小，右侧接触面积随着轴向载荷的增大而不断变大。由于轴向载荷小于预紧力，所以左右螺母与滚珠的接触方向相反，当轴向载荷不断增大，左螺母的法向载荷不断减小，右螺母的法向载荷随载荷的增大而增大。无量纲法向载荷随轴向载荷的曲线图，其曲线变化趋势与法向接触面积大致相同，根据无量纲法向载荷的定义可知，当法向接触面积变大时，无量纲法向载荷会变小，此现象与图中曲线一致。 滚珠丝杆副的磨损行为相当复杂，影响滚珠丝杆副的磨损因素很多，而且这些因素的影响作用具有时变性和相干性的特点，然而滚珠丝杆副磨损牵涉的相关因素和理论比较多，因此还有许多问题值得进一步探讨和完善
2022/12/30
数控机床和精密仪器在使用过程中难免会出现各种问题。对于生产中使用的滚珠丝杆，在使用中会经常出现一些问题，而且这些问题也不是一成不变的。为了使滚珠丝杆长期保持良好的运行状态，有必要及时消除这些问题。今天，我将讲解滚珠丝杆的检查和维修知识。 当使用滚珠丝杆时，如果被测螺母的百分表在使用时没有左右摆动，这意味着螺母处于良好的位置，并且没有弦移动。如果百分表的指针不停地摆动，那就意味着螺丝在动。对于百分表，最大测量值和最小测量值之间的差距是螺母。 如何检测滚珠丝杆支撑系统之间的问题，我们在使用机床的时候会有比较大的反向误差，然后定位精度往往不稳定，使用象限的时候会有刀痕。这时，我们必须检查螺旋系统的间隙。也就是说，这些问题与螺母的间隙直接相关。 如果轴承不在使用中，我们将再次预加载。如果轴承的使用出现了问题，那么在该更换的时候就应该修理更换。对于以上问题，在测试滚珠丝杠，时我们首先要看好支撑轴承后盖是否处于锁紧状态，然后做好支撑轴承磨损情况的测试，也有可能是预加载的轴瓦在使用。 滚珠丝杆的日常维护也是一件非常重要的事情，消除轴向间隙。拆卸滚珠丝杆后为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。消除双螺母滚珠丝杆副间隙的方法是利用两个螺母的相对轴向位移。使两个滚珠螺母中的滚珠分别粘在螺纹滚道的相对两侧。用这种方法预紧消除轴向间隙时，要注意预紧力不能太大，否则会增加空载扭矩，降低传动效率。 滚珠丝杆润滑脂和润滑油可用于润滑。润滑脂一般添加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油通过壳体上的油孔注入螺母空间内。滚珠丝杆上的润滑脂应每半年更换一次，螺母上的旧润滑脂应清洗干净并涂上新润滑脂。用润滑油润滑的滚珠丝杆副可在每次机床运转前上一次油。 滚珠丝杆保护，球副应避免灰尘或污垢进入。如果滚珠丝杆副暴露在机床上，要用防护罩封闭，如螺旋弹簧钢带套、伸缩套或折叠套。安装时，防护罩的一端连接在滚珠螺母的端面上，另一端固定在滚珠丝杆的支撑座上，如果滚珠丝杆处于隐蔽位置，可以用密封圈保护，密封圈安装在螺母的两端。接触式密封圈防尘效果较好，但由于接触压力的原因，摩擦力矩略有增加。非接触式密封可以避免摩擦力矩，但防尘效果稍差。工作时要避免碰撞防护装置，防护装置损坏要及时更换。 定期检查支撑轴承，定期检查丝杆支撑与床身的连接是否松动，支撑轴承是否损坏。如有问题，拧紧松动部分，及时更换支撑轴承。
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