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机床丝杆分类及其应用

信息来源:步进电机驱动器供应商倍斯特自动化    添加时间:2018-05-16
 各级精度丝杠应用范围如下:4级为目前最高级,一般很少应用;5级用于精密仪器及机密机床,如坐标镗床、螺纹磨床等;6级用于精密仪器、精密机床和数控机床;7级用于精密螺纹车床、齿轮加工机床及数控机床;8级用于一般机床,如卧式车床、铣床;9级用于刨床、钻床及一般机床的进给机构。 一般所说的精密丝杠是指5、6、7级丝杠。共有五项基本参数:即外径D、内径D1、中径D2、螺距T及牙形半角α/2。由于丝杠要传递准确运动,因此,按JB2886-81规定,丝杠及螺距的精度,根据使用要求分为6个等级:4、5、6、7、8、9(精度依次降低)。精密丝杠有淬硬丝杠和不淬硬丝杠两种。前者耐磨性较好,能较长时间保持加工精度,但加工工艺复杂,必须有高精度的螺纹磨床和专门的热处理设备,而后者只需要精密丝杠车床。滑动丝杠的牙型多为梯形,这种牙型比三角形牙型的效果高,传动性能好,精度高,加工方便等优点。滚动丝杠可分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类。滚珠丝杠与滚柱丝杠相比而言,摩擦力小,传动效率高,精度也更高。
      丝杠是细长柔性轴,它的长度L与直径D的比值较大,一般为20~50,刚性较差。结构形状复杂,有很高的螺纹表面要求,还有阶梯、沟槽等,所以在加工过程中易出现变形。静压丝杠有许多的优点,常被用于精密机床和数控机床的进给机构中。其螺纹牙形与标准梯形螺纹牙形相同。但牙形高于同规格标准螺纹1.5~2倍,目的在于获得良好油封及提高承载能力。
一、丝杠工作条件以及材料
丝杠工作条件以及材料与热处理要求:
1.条件:≥7级精度受力不大轴颈方头等处均不需淬硬如车床走刀丝杠。
要求:45Mn易切削钢和45热轧后σb=600-750N/mm^2除应力HB170-207。
2.条件:≥6级精度要求耐耐磨、尺寸稳定但负荷不大如螺纹磨床、齿轮磨床等高精度传动丝杠。
要求:9Mn2V(直径≤60mm)、CrWMn(直径>60mm)球化退火后球状珠光体5-4级网状碳化物≤3级硬度≤HB227淬火硬度HRC56 0.5。
3.条件:7-8级精度受力较大如各类大型镗床、龙门铣和刨床等的走刀和传动丝杠。
要求:40Cr、42MnVB、(65Mn)调质HB220-250σb≥850N/mm^2;方头、轴颈局部淬硬HRC42。
4.条件:≥6级精度受点负荷的如螺纹或齿轮磨床、各类数控机床的滚珠丝杠。
要求:GCr15(直径≤70mm0)、GCr15SiMn(直径>80mm)球化退火后球状珠光体1.5-4级网状碳化物≤3级HRC60-62。
5.条件:8级精度中等负荷要求耐磨如平面磨床砂轮架升降丝杠与滚动螺线啮合。
要求:40Cr、42MnVB调质HB250中频表淬HRC54。
6.条件:≥6级精度要求抗腐蚀、较高的抗疲惫性和尺寸稳定性.如样板镗床或其他特种机床精密丝杠。
要求:38CrMoAlA调质HB280渗氮HV850调质后基体组织均匀的索氏体渗氮前表面应无脱碳层。
7.条件:≥6级精度要求具有一定耐磨性尺寸稳定性较高强度和较好的切削加工性如丝杠车床齿轮机床、坐标镗床等的丝杠。
要求:T10、T10A、T12、T12A球化退火HB163-193球化等级3-5级网状碳化物≤3级调质HB201-229。
二、丝杠的组成和应用特点
    丝杠由螺杆、螺母和滚珠三部分组成,在使用中发挥重要的作用和价值。丝杠具有良好的工作原理和功能,它的功能是将旋转运动转化成直线运动,这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展,这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。丝杠的发展是滚珠螺丝的发展壮大和进步,促进中国技术的提高和进步,保证中国在设备和技术行业的进步、发展技术。由于具有很小的摩擦阻力,丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器,在行业中发挥重要的作用和价值。丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件,其主要功能是将扭矩转换成轴向反覆作用力,同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。丝杠良好的产品特点和性能促使其在不断的使用和发展,在不同的行业中发挥重要的作用和价值,不断的在同行业中发挥作用。
  丝杠具有良好的产品特点,具体表现在以下方面: 
1、与滑动丝杠相比,丝杠的驱动力矩为1/3.由于丝杠的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,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矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3.在省电方面很有帮助。
2、无侧隙、刚性高的丝杠可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。
3、微进给可能,丝杠由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。
4、高精度的保证,丝杠是用日本制造的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,由于完善的品质管理体制使精度得到充分保证。
5、高速进给可能,丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速运动,展现高速的运动功能。
四、丝杠的工艺精度和硬度测试
    在非标设备和夹具中,长丝杠被广泛应用,为了提高丝杠的使用寿命,广泛采用淬硬丝杠,这种丝杠以磨为主,精度靠螺纹磨床磨削来保证。65Mn材料的丝杠采用的热处理工艺为淬火、回火、冰冷处理、回火。丝杠在粗磨(粗车)后须进行高温时效,半精磨(精车)后应采取低温时效,以消除机加工过程中产生的应力,提高丝杠的稳定性。在螺纹磨床上加工螺纹,是目前螺纹加工中获取高精度、低表面粗糙度最常用的切削方法,随着高精度淬硬螺纹零件的广泛应用,磨削加工螺纹的优越性得到充分体现。在现实生产中,为了获得较高精度和表面质量的丝杠,有必要对其磨削工艺进行深入探讨。
       丝杠的工艺基准是两端的中心孔,中心孔一般应采用B型中心孔,它可以防止端面碰伤而影响中心孔的精度,同时中心孔的硬度应达到6O~65HRC,中心孔的精度是保证丝杠精度的关键,在粗磨、精磨工序前即淬火、时效后必须安排中心孔修研工序。中心孔与顶尖的接触面积在粗磨时要求为75%,精磨时要求达到80%以上。研磨时对丝杠的轴向压力不可过大,以免丝杠变形。这里选用的修研方法是在机床上用六棱硬质合金顶尖刮研,它的刃带有微量切削作用和挤光作用,能修正中心孔的几何形状误差,且效率高,工具寿命长,粗糙度可达Ra0.8μm。
       丝杠材料直接影响加工工艺及热处理后工件的机械性能。因此高精度长丝杠的制造中一个很重要的问题就是合理选择材料,通常可从合金工具钢、合金结构钢、碳素工具钢中选择。丝杠在热处理过程中应注意避免产生弯曲变形,尽量不采用校直工序,必要时也只能采用热校直。因为在常温下校直的丝杠,虽然短时间内看起来已校直,但第2天或者经过磨削加工又会产生弯曲变形。
五、精密丝杠使用不容忽视问题
    精密丝杠是精密机床、数控机床及其它精密机械与仪器的重要传动装置。为减小残余应力的影响,丝杠毛坯须经球化退火处理,以获得稳定的球状珠光体组织;丝杠热变形的计算通常需要根据实际加工情况建立温度分布数学模型,但实际加工情况的复杂性增加了数学建模难度。而基于能量守恒定律,采用平均线膨胀系数进行计算,则只需考虑热量含量相同的任一温度分布状况的热变形计算,可在保持原有精度的前提下大大简化数学模型,使丝杠热变形的计算变得简洁、方便。
        磨削加工丝杠时所产生的磨削热约有60%~95%被传入被磨丝杠中。由于磨削速度极高,热量瞬间聚集在丝杠表面形成局部高温,随着砂轮沿丝杠轴向进给,热量向丝杠两端及内部传导,同时与丝杠表面的冷却介质发生对流换热。因此,丝杠磨削加工时的热量传播方式主要包括磨削表面所需表面能、残留于表面和磨屑中的应变能、砂轮的温升、丝杠内部的热传导、丝杠与冷却介质的对流换热等。
       在精密丝杠使用一段时间后,因残余应力释放引起的丝杠变形误差也不容忽视,为此必须对磨削加工引起的残余应力分布状况进行精确计算,并据此进行误差补偿。目前对磨削残余应力的研究多集中于对实验数据的分析,而从理论上确定磨削加工残余应力分布状况则是今后需要深入研究且具有应用价值的工作。为提高丝杠加工系统刚度,需采用高同轴度的跟刀架或导套等辅助支承。精密丝杠的热变形主要源于砂轮磨削加工产生的环状移动热源在丝杠上产生温度分布引起的热膨胀,因此在热变形数学建模中需考虑的因素有:磨削热形成的热源特征、热源的移动性、热量沿杆件的传导特征、热量的散热特征等。此外,加工后的残余应力对丝杠尺寸的影响也不容忽视。
六、旋转伺服电机+滚珠丝杠的驱动方式
   随着直接驱动技术的发展,直线电机与传统的"旋转伺服电机+滚珠丝杠"的驱动方式的对比引起业界的关注。滚珠丝杠在使用方式中可能存在椅子质量性能方面的问题,需要根据市场情况和标准使用,得到良好的使用趋势。
    1845年英国人就已经发明了直线电动机,但当时的直线电动机气隙过大导致效率很低,无法应用。19世纪70年代科尔摩根也推出过,但因成本高效率低限制了它的发展。直到20世纪70年代以后,直线电机才逐步发展并应用于一些特殊领域,20世纪90年代直线电机开始应用于机械制造业,现在世界一些技术先进的加工中心厂家开始在其高速机床上应用。
速度比较:
    速度方面直线电机具有相当大的优势,直线电机速度达到300m/min,加速度达到10g;滚珠丝杠速度为120m/min,加速度为1.5g。从速度上和加速度的对比上,直线电机具有相当大的优势,而且直线电机在成功解决发热问题后速度还会进一步提高,而"旋转伺服电机+滚珠丝杠"在速度上却受到限制很难再提高较多。
    从动态响应上因为运动惯量和间隙以及机构复杂性等问题直线电机也占有绝对的优势。
    速度控制上直线电机因其响应快,调速范围更宽,可以实现启动瞬间达到最高转速,高速运行时又能迅速停止。调速范围可达到1:10000。

深圳市倍斯特自动化科技有限公司主营产品:步进电机、直线丝杆电机、行星减速机、步进伺服步进驱动器、步进电机驱动器、一体式步进刹车步进电机、防水步进电机、刹车电机、伺服电机等各类型号的步进电机,欢迎来电咨询。电话:0755-33258051
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