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滚珠丝杠副常见故障分析与排除

发布时间:2019-8-27
         滚珠丝杠副常见故障分析与排除
  滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。它将电动机的旋转运动转化为直线运动。
  1.滚珠丝杠副的结构
  1)滚珠丝杠副的安装
  数控卷板机床的进给系统要获得较高的传动刚度,除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外, 滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。螺母座及支承座都应具有足够的刚度和精度。通常都适当加大和卷板机床结合部件的接触面积,以提高螺母座的局部刚度和接触刚度。新设计的卷板机床在工艺条件允许时常常把螺母座或支承座与卷板机床本体做成整体来增大刚度。
  滚珠丝杠副的安装方式最常用的通常有以下几种。
  (1)双推一自由方式。如19(a)所示,丝杠一端固定,另一端自由。固定端轴承同时承受轴向力和径向力。这种支承方式用于行程小的短丝杠。
  (2)双推一支承方式。如图19(b)所示,丝杠一端固定,另一端支承。固定端同时承受轴向力和径向力;支承端只承受径向力,而且能作微量的轴向浮动,可以减少或避免因丝杠自重而出现的弯曲。同时丝杠热变形时可以自由地向一端伸长。
  (3)双推一双推方向。如图19(C)所示,丝杠两端均固定。固定端轴承都可以同时承受轴向力,这种支承方式可以对丝杠施加适当的预紧力,提高丝杠支承刚度,可以部分补偿丝杠的热变形。
  (4)两端支承方式。如图19(d)所示,丝杠两端均为支承,这种支承方式简单,但由于支承端只承受径向力,丝杠热变形后伸长,将影响加工精度,只适用于中等转速,中等精度的场合。
  
  图19滚珠丝杠副的安装方式
  1-电动机;2-弹性联轴器;3-轴承;4-滚珠丝杠;5-滚珠丝杠螺母
  2)轴向间隙的调整
  为了保证反向传动精度和轴向刚度,必须消除轴向间隙。双螺母滚珠丝杠副消除间隙的方法是: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贴紧在螺纹滚道的两个相反的侧面上。用这种方法预紧消除轴向间隙时,应注意预紧力不宜过大,预紧力过大会,使空载力矩增加,从而降低传动效率,缩短使用寿命。此外,还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙。
  常用的双螺母丝杠消除间隙的方法有以下几种。
  (1)垫片调隙式。如图20(a)所示,通过调整垫片的厚度使左、右螺母产生轴向位移,就可达到消除间隙和产生预紧力的作用。这种调整方式的特点是简单、刚性好、装卸方便、可靠,但调整困难,调整精度不高。
  (2)螺纹调隙式。如图20(b)所示,用键限制螺母在螺母座内的转动。调整时,拧动圆螺母将螺母沿轴向移动一定距离,在消除间隙之后用圆螺母将其锁紧。这种调整方式的特点是简单紧凑,调整方便,但调整精度较差,且易于松动。
  (3)齿差调隙式。如图20(c)所示,螺母1和2的凸缘上各自有一个圆柱外齿轮,两个齿轮的齿数相差一个齿,两个内齿圈3和4与外齿轮齿数分别相同,并用预紧螺钉和销钉固定在螺母座的两端。调整时先将内齿圈取下,根据间隙的大小调整两个螺母1、2分别向相同的方向转过一个或多个齿,使两个螺母在轴向移近相应的距离达到调整间隙和预紧的目的。这种调整方式的特点是精确调整预紧量,调整方便、可靠,但结构复杂、尺寸较大,多用于高精度传动。
  
  (c)图20双螺母滚珠丝杠副消除轴向间隙方式
  (a)垫片调隙法;(b)螺纹调隙式;(c)齿差调隙式(1,4一齿轮;2,3一单螺母)
  3)滚珠丝杠螺母副的润滑
  润滑剂可提高耐磨性及传动效率。润滑剂可分为润滑油和润滑脂两大类。润滑油一般为全损耗系统用油,用润滑油润滑的滚珠丝杠副,可在每次卷板机床工作前加油一次,润滑油经过壳体上的油孔注入螺母的空间内。润滑脂可采用锂基润滑脂。润滑脂一般加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内,每半年对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次,清洗丝杠上的旧润滑脂,涂上新的润滑脂。
  4)滚珠丝杠的防护
  滚珠丝杠螺母副和其他滚动摩擦的传动元件一样,应避免硬质灰尘和切屑污物进入,因此,必须有防护装置。如滚珠丝杠螺母副在卷板机床上外露,则应采用封闭的防护罩,如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的侧面,另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝杠螺母副处于隐蔽的位置,则可采用密封圈防护,密封圈装在螺母的两端。接触式的弹性密封圈是用耐油橡胶或尼龙制成的,其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状,接触式密封圈的防尘效果好,但有接触压力,使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈,它用硬质塑料制成,其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反,并稍有间隙,这样可避免摩擦力矩,但防尘效果差。工作中应避免碰击防护装置,防护装置一有损坏要及时更换。
  5)支承轴承的定期检查
  应定期检查丝杠支承与床身韵连接是否有松动以及支承轴承是否损坏等。如有以上问题,要及时紧固松动部件并更换支承轴承。
  2.滚珠丝杠副常见故障分析与排除
  1)数控卷板机床滚珠丝杠副常见故障及其排除方法如表2所列。
  表2滚珠丝杠副常见故障及排除方法

序号

故障现象

故障原因分析

排除方法

 1

 滚珠丝杠副噪声

(1)丝杠支承轴承的压盖压合情况不好;

(2)丝杠支承轴承可能破损;

(3)电动机与丝杠联轴器松动;

(4)丝杠润滑不良;

(5)滚珠丝杠螺母副滚珠有破损

(1)调整轴承压盖,使其压紧轴承端面;

(2)如轴承破损,更换新轴承;

(3)拧紧联轴器锁紧螺钉;

(4)改善润滑条件,使润滑油量充足;

(5)更换新滚珠

  2

滚珠丝杠

运动

不灵活

(1)轴向预加载荷太大;

(2)丝杠与导轨不平行;

(3)螺母轴线与导轨不平行;

 (4)丝杠弯曲变形

(1)调整轴向间隙和预加载荷;

(2)调整丝杠支座位置,使丝杠与导轨平行;

(3)调整螺母座的位置;

(4)校直丝杠

  3

丝杠螺母润滑不良

 (1)分油器是否分油;

(2)油管是否堵塞

(1)检查定量分油器;

(2)清除污物使油管畅通

 4

 加工件粗糙度高

(1)导轨的润滑油不足,致使溜板爬行;

(2)滚珠丝杠有局部拉毛或研损;

(3)丝杠轴承损坏,运动不平稳;

(4)伺服电动机未调整好,增益过大

(1)加润滑油,排除润滑故障;

(2)更换或修理丝杠;

(3)更换损坏轴承;

(4)调整伺服电动机控制系统

  5

反向误差大,加工精度不稳定

 (1)丝杠轴联轴器锥套松动;

 (2)丝杠轴滑板配合压板过紧或过松;

 (3)丝杠轴滑板配合楔铁过紧或过松;

 (4)滚珠丝杠预紧力过紧或过松;

 (5)滚珠丝杠螺母端面与结合面不垂直,结合过松;

 (6)丝杠支座轴承预紧力过紧或过松;

 (7)滚珠丝杠制造误差大或轴向窜动;

 (8)润滑油不足或没有;

 (9)其他机械干涉

1)重新紧固并用百分表反复测试;

(2)重新调整或修研,用0.04 mm塞尺塞不入为合格;

(3)重新调整或修研,使接触率达70%以上,用0.03 mm塞尺塞不入为合格;

(4)调整预紧力,检查轴向窜动值,使其误差不大于0.015 nlnl;

(5)修理、调整或加垫处理;

(6)修理调整;

(7)用控制系统自动补偿功能消除间隙,用仪器测量并调整丝杠窜动;

(8)调节至各导轨面均有润滑油;

(9)排队干涉部位

 6

 滚珠丝杠在运转中转矩过大

(1)二滑板配合压板过紧或研损;

(2)滚珠丝杠螺母反向器损坏,滚珠丝杠卡死或轴端螺母预紧力过大;

(3)丝杠研损;

(4)伺服电动机与滚珠丝杠连接不同轴;

(5)无润滑油;

(6)超程开关失灵造成机械故障;

(7)伺服电动机过热报警

(1)重新调整或修研压板,使压板0.04 lnill塞尺塞不人为合格;

(2)修复或更换丝杠并精心调整;

(3)更换;

(4)调整同轴度并紧固连接座;

(5)调整润滑油路;

(6)检查故障并排除;

(7)检查故障并排除

  2)滚珠丝杠副故障维修实例
  (1)跟踪误差过大报警的故障维修。
  故障现象:XK713加工过程中x轴出现跟踪误差过大报警。
  分析及处理过程:该卷板机床采用闭环控制系统,伺服电动机与丝杠采用直联的连接方式。在检查系统控制参数无误后,拆下电动机防护罩,在电动机伺服带电的情况下,用手拧动丝杠,发现丝杠与电动机有相对位移,可以判断是由于电动机与丝杠连接的胀紧套松动所致,紧定紧固螺钉后,故障消除。
  (2)机械抖动的故障维修。
  故障现象:CK6136车床在Z向移动时有明显的机械抖动。
  分析及处理过程:该卷板机床在z向移动时,明显感受到机械抖动,在检查系统参数无误后,将Z轴电动机卸下,单独转动电动机,电动机运行平稳。用扳手转动丝杠,振动手感明显。拆下z轴丝杠防护罩,发现丝杠上有很多小铁屑及脏物,初步判断为丝杠故障引起的机械抖动。拆下滚珠丝杠副,打开丝杠螺母,发现螺母反向器内也有很多小铁屑及脏物,造成钢球运转流动不畅,时有阻滞现象。用汽油认真清洗,清除杂物,重新安装,调整好间隙,故障排除。
  (3)位置偏差过大的故障维修。
  故障现象:某卧工加工中心出现ALM421报警,即y轴移动中的位置偏差量大于设定值而报警。
  分析及处理过程:该加工中心使用FANUC 0M数控系统,采用闭环控制。伺服电动机和滚珠丝杠通过联轴器直接连接。根据该卷板机床控制原理及卷板机床传动连接方式,初步判断出现 ALM421报警的原因是y轴联轴器不良。
对Y轴传动系统进行检查,发现联轴器中的胀紧套与丝杠连接松动,紧定y轴传动系统中所有的紧定螺钉后,故障消除。
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