滚珠丝杠由螺杆、螺母、滚珠和回珠器组成,主要功能是将旋转运动转换成直线运动。在精密设备尤其是数控设备上广泛使用,由控制系统发出的脉冲信号控制伺服电机的旋转,再由精密滚珠丝杠将伺服电机的旋转运动转换成工作台的直线运动,从而实现工件的加工轨迹控制。因此,装配工艺及精度检测都很严格,对装配工人的技术要求也较高。

一、故障现象

某数控设备有限公司在数控车床精密滚珠丝杠装配后进行静态精度检查时合格,但在试车后或使用一段时间后出现精密滚珠丝杠的轴向跳动严重超差,影响了机床的加工精度,设备返修率为43%,给企业带来巨大的经济损失和声誉损失。

二、故障原因分析

1.精密滚珠丝杠精度达不到要求

滚珠丝杠在入库时已进行了精度检验,可排除本身的质量问题。但细长轴类零件(机床丝杆等)在保管时应该采用垂直放置,以免受重力变形影响精度。该滚珠丝杠采专用包装箱垂直放置,在装配后的静态检查合格,因此可以排除此项。

2.装配不当损坏了丝杠的精度

通过了解,装配工人对精密滚珠丝杠组件熟悉的,装配时也是格外小心,完全按装配工艺进行的,因此也排除了这种可能。

3.机床行程超程,工作台发生碰撞,导致精度损坏

操作机床时发生超程,容易导致机床碰撞而引起的。但经了解机床的行程限位开关没有问题,用户也没有这方面的意见反馈。

4.检测方法不正确,导致精度超差

检验员采用千分表配合磁力表座,以工作台直线导轨滑座为检测基准进行检测,检测方法及检测基准也符合要求。

5.装配工艺不正确,造成装配误差

原装配步骤是:先装好直线导轨,以直线导轨的滑座为基准校正丝杠,再以丝杠两端支承座安装孔配作固定螺纹孔。用螺钉固定丝杠后,用磁力表座将千分表固定在直线导轨滑座上,测量丝杠、侧母线和丝杠径向跳动量,保证丝杠的平行度及跳动量在要求范围内。重新配作支承座定位锥销,装好锥销后再复检一次。装配各步骤采用的处理方法基本正确,检测基准与工艺基准也相符,检测量具精度也能满足要求,被测要素也正确。整个装配过程没有问题,但通过在现场观察,发现装配工艺中仍存在以下问题:

(1)使用手电钻铰孔时,由于铰削余量较大,振动较厉害,双手控制不稳,铰刀摆动过大,造成锥孔铰削后上大下小,锥度不是要求的1∶50。用涂色法进行检查,发现锥销与锥孔的接触部位不正确,位置靠近小头一端,不能保证良好的接触精度,受到交变应力与振动时容易松动,从而导致定位精度下降。

(2)机铰后没有留精铰余量,也没有进行手工精铰。圆锥销的配合都是依靠配合面的过盈产生摩擦力来定位的。由于机铰后表面粗糙使实际过盈量减少,造成摩擦力不够,自锁性能下降,当受到交变应力与振动时容易松脱,从而导致定位精度下降。

(3)铰孔时孔径控制不严,铰削过程中没用锥销试配,装配时用铜棒轻轻敲入即可。由于不能保证足够的过盈量,装配后的摩擦力过小;受负荷及振动时易造成锥销松动,失去定位作用,导致工作台运动精度差。

(4)在钻孔铰孔等过程中,没有进行防尘处理。虽然丝杠副带有防尘圈,但铸铁粉尘非常细小,且极易粘附在丝杠表面。如有少量进入丝杠副传动面,粉尘的研磨作用会加剧丝杠副的磨损,导致丝杠精度下降,降低使用寿命。

三、故障处理办法

1.使用机铰粗铰后必须留出精铰余量,再手工精铰

这个方法可以纠正机铰后的锥度误差,降低孔壁的表面粗糙度值,提高配合面的接触精度,保证足够的摩擦力矩。

2.在铰孔时应及时用锥销试配

目的是方便控制铰孔孔径。当锥销能用手插入销长的80%～85%左右时孔径才为合格;清理铁屑后,应在锥销上涂机油后再用铜棒打入至与工件表面平齐,以保证足够的摩擦力矩,防止在使用中受载荷而松动。

3.做好丝杠表面的防尘处理

在钻孔、铰孔及攻螺纹过程中,应作好丝杠表面的防尘处理。用清洁的布包裹住丝杠的外露部分,防止粉尘进入丝杠副传动面,以延长精密元件的使用寿命,提高装配精度。