滚珠丝杠用高刚度固定支承牵拉机构的创新设计
2017-8-4 来源：常州机电职业技术学院 作者：孙春霞
摘要: 在高精度大型、重型数控机床上，用推力轴承 + 向心轴承 + 推力轴承组合，固定支承牵拉滚珠丝杠，给滚珠丝杠施加拉应力，补偿丝杠热变形，维持滚珠丝杠导程不变，从而保证机床精度稳定性。
关键词: 固定支承; 牵拉机构; 轴承; 补偿
滚珠丝杠常用向心轴承、推力轴承固定支承，支承宽度小、刚度低、抗振性差，直接影响机床的定位精度、重复定位精度。没有牵拉预紧只有高刚度固定支承的滚珠丝杠，导程随温度变化敏感，精度稳定性差。
1.高刚度固定支承牵拉机构
高精度数控机床、特别是高精度大型、重型数控机床的滚珠丝杠，需要一种高刚度固定支承、牵拉补偿滚珠丝杠热变形的机构，来提高其稳定性。如图 1 所示。
2.工作原理
图 1 所示为高刚度固定支承牵拉机构工作原理示意图。图中丝杠的上半部分、下半部分位置不同，分别表示机构间隙补偿前、间隙补偿后的情况。
本机构用推力轴承 + 向心轴承 + 推力轴承组合固定支承牵拉滚珠丝杠。
锁紧螺母 6，依次推紧右侧支承套、右侧推力轴承、轴承套 8、左侧推力轴承 2、左侧支承套 1、套 11，顶死在滚珠丝杠 10 的轴阶上，给两个推力轴承适当预紧。
向心轴承 3 居中将径向力传递到轴承套 8、轴承座 9，其宽度略小于轴承套 8 上的安装通孔深度。
两侧布置的两只推力轴承的固定圈，紧贴轴承套8 内安装通孔的孔口端面，传递双向轴向力，两个推力轴承的转动圈分别由两只相同的支撑套、传动键 4 与滚珠丝杠 10 一起转动。
拧紧牵拉套 5 上的螺钉拉动轴承套 8，直至完全消除与牵拉套 8 间预留的间隙，即补偿量 C，给滚珠丝杠 10 施加拉应力，补偿丝杠热变形。改变调整垫 7 的厚度 H 即可改变施加于滚珠丝杠的拉应力大小，保证机床精度稳定性。轴承座、轴承套上开有间隙润滑油道，轴承与外界用回转密封圈防尘，能有效延长寿命。
3.行程补偿量的调整
滚珠丝杠副本身制造的几何误差、丝杠副在传动过程中的磨损以及丝杠副工作时温度升高产生的轴隙，都会影响滚珠丝杠副的传动精度和定位精度，因此，在高精度数控机床上，常采用行程补偿量的方式消除丝杠、滚珠、螺母间的间隙，提高滚珠丝杠的刚度。在图 1 中，C 为行程补偿量; H 为调整垫 7 的厚度; L1、L2为牵拉套 5 的轴向长度; L3为锁紧螺母 6 给两个推力轴承预紧后，轴承套 8 右侧端面到轴承座 9右侧端面的轴向距离。从图 1 中可知:
式中: C 可根据机床设计要求，按设计手册进行相关计算获得; L3也可在安装中测得实际尺寸。由式( 1) 知，通过改变牵拉套 5 的轴向长度 L1、L2及调整垫 7 的厚度 H，可简单方便地调整行程补偿量。一般 L1、L2固定不变，仅调整 H，即可调整行程补偿量 C。
4.结语
文中轴向和径向高刚度固定支承牵拉机构，通过创新推力轴承 + 向心轴承 + 推力轴承组合设计结构，给滚珠丝杠施加拉应力，补偿丝杠热变形，维持滚珠丝杠导程不变，从而保证机床精度稳定性。该机构已获得发明专利( CN1034234018) 。
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