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數(shù)控車床滾珠絲桿安裝精度測(cè)量裝置設(shè)計(jì)
2021-02-03黃艷 賴玉活 黎鑫澤 徐琦 晏港
（廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院）
（廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院）
【摘 要】 滾珠絲桿的安裝精度直接影響零件的加工精度，在安裝絲桿時(shí)必須保證其安裝精度滿足相應(yīng)的要求，絲桿安裝時(shí)的精度測(cè)量是機(jī)床裝配工藝上尤為重要的一道工序。針對(duì)數(shù)控車床滾珠絲桿安裝時(shí)打表檢測(cè)困難、精度低的情況，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量快速準(zhǔn)確的測(cè)量裝置，能同時(shí)測(cè)量滾珠絲桿相對(duì)于床身基準(zhǔn)面水平方向和垂直方向的精度。
【關(guān)鍵詞】 數(shù)控車床；滾珠絲桿；安裝精度；測(cè)量裝置
1 引言
滾珠絲桿是數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中最常用的傳動(dòng)元件，其作用是將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件（刀架或拖板）的直線移動(dòng)。滾珠絲桿的安裝精度直接影響零件的加工精度，在安裝絲桿時(shí)必須保證其安裝精度滿足相應(yīng)的要求，絲桿安裝時(shí)的精度測(cè)量是機(jī)床裝配工藝上尤為重要的一道工序。因此，研究設(shè)計(jì)一種快速、準(zhǔn)確的數(shù)控車床滾珠絲桿安裝測(cè)量裝置是非常必要的。本文通過對(duì)數(shù)控車床縱向絲桿安裝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及檢測(cè)要求進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種手動(dòng)便攜式的精度測(cè)量裝置，可以同時(shí)滿足數(shù)控車床縱向滾珠絲桿在水平向和垂直向直線度的測(cè)量要求，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了測(cè)量精度和效率。
2 數(shù)控車床絲桿安裝結(jié)構(gòu)分析
數(shù)控車床滾珠絲桿安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示，滾珠絲桿3由前軸承座11和后軸承座2固定安裝在床身1上，滾珠絲桿螺母安裝在絲桿螺母座4上，絲桿螺母座4固定在溜板箱5上，溜板箱5用螺紋連接固定在大拖板 6 上，當(dāng)滾動(dòng)絲桿 3 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就帶動(dòng)大拖板 6在床身1的V型導(dǎo)軌（俗稱大山）9和矩形導(dǎo)軌11上做直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的縱向進(jìn)給傳動(dòng)。由此可知，絲桿前后軸承座安裝在床身上后，必須使?jié)L珠絲桿的中心軸線與床身導(dǎo)軌面在垂直方向上和水平方向上都保持一定的平行度，即滾珠絲桿在這兩個(gè)方向上的直線度，這就是滾珠絲桿的安裝精度。在裝配過程中，裝配者必須測(cè)量滾珠絲桿的安裝精度，使其在數(shù)控車床要求的精度范圍內(nèi)，才能將前后軸承座正確的固定在床身上實(shí)現(xiàn)滾珠絲桿的安裝。
為了測(cè)量滾珠絲桿垂直方向和水平方向上的直線度，可以通過在這兩個(gè)平面上用百分表進(jìn)行打表檢測(cè)，由于滾珠絲桿表面有螺紋凹槽，當(dāng)將百分表放在滾珠絲桿表面時(shí)，滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后滾珠絲桿螺牙間的凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)到百分表觸頭位置時(shí)，百分表觸頭即碰不到滾珠絲桿的螺牙，百分表的讀數(shù)也就無效了，除非工作人員能夠非?？焖俚赝瓿蓽y(cè)量，另外由于滾珠絲桿的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在測(cè)量時(shí)至少需要測(cè)量?jī)啥撕椭虚g三個(gè)位置，采用上述方法測(cè)量精度低，要在滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)過程中用百分表測(cè)量滾珠絲桿在水平向和垂直向的直線度非常困難。為了讓百分表觸頭在絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能一直接觸到被測(cè)表面，在滾珠絲桿和百分表之間設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量架，當(dāng)移動(dòng)測(cè)量架時(shí)百分表可以同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向的直線度。
【關(guān)鍵詞】 數(shù)控車床；滾珠絲桿；安裝精度；測(cè)量裝置
1 引言
滾珠絲桿是數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中最常用的傳動(dòng)元件，其作用是將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件（刀架或拖板）的直線移動(dòng)。滾珠絲桿的安裝精度直接影響零件的加工精度，在安裝絲桿時(shí)必須保證其安裝精度滿足相應(yīng)的要求，絲桿安裝時(shí)的精度測(cè)量是機(jī)床裝配工藝上尤為重要的一道工序。因此，研究設(shè)計(jì)一種快速、準(zhǔn)確的數(shù)控車床滾珠絲桿安裝測(cè)量裝置是非常必要的。本文通過對(duì)數(shù)控車床縱向絲桿安裝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及檢測(cè)要求進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種手動(dòng)便攜式的精度測(cè)量裝置，可以同時(shí)滿足數(shù)控車床縱向滾珠絲桿在水平向和垂直向直線度的測(cè)量要求，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了測(cè)量精度和效率。
2 數(shù)控車床絲桿安裝結(jié)構(gòu)分析
數(shù)控車床滾珠絲桿安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示，滾珠絲桿3由前軸承座11和后軸承座2固定安裝在床身1上，滾珠絲桿螺母安裝在絲桿螺母座4上，絲桿螺母座4固定在溜板箱5上，溜板箱5用螺紋連接固定在大拖板 6 上，當(dāng)滾動(dòng)絲桿 3 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就帶動(dòng)大拖板 6在床身1的V型導(dǎo)軌（俗稱大山）9和矩形導(dǎo)軌11上做直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的縱向進(jìn)給傳動(dòng)。由此可知，絲桿前后軸承座安裝在床身上后，必須使?jié)L珠絲桿的中心軸線與床身導(dǎo)軌面在垂直方向上和水平方向上都保持一定的平行度，即滾珠絲桿在這兩個(gè)方向上的直線度，這就是滾珠絲桿的安裝精度。在裝配過程中，裝配者必須測(cè)量滾珠絲桿的安裝精度，使其在數(shù)控車床要求的精度范圍內(nèi)，才能將前后軸承座正確的固定在床身上實(shí)現(xiàn)滾珠絲桿的安裝。
為了測(cè)量滾珠絲桿垂直方向和水平方向上的直線度，可以通過在這兩個(gè)平面上用百分表進(jìn)行打表檢測(cè)，由于滾珠絲桿表面有螺紋凹槽，當(dāng)將百分表放在滾珠絲桿表面時(shí)，滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后滾珠絲桿螺牙間的凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)到百分表觸頭位置時(shí)，百分表觸頭即碰不到滾珠絲桿的螺牙，百分表的讀數(shù)也就無效了，除非工作人員能夠非?？焖俚赝瓿蓽y(cè)量，另外由于滾珠絲桿的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在測(cè)量時(shí)至少需要測(cè)量?jī)啥撕椭虚g三個(gè)位置，采用上述方法測(cè)量精度低，要在滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)過程中用百分表測(cè)量滾珠絲桿在水平向和垂直向的直線度非常困難。為了讓百分表觸頭在絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能一直接觸到被測(cè)表面，在滾珠絲桿和百分表之間設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量架，當(dāng)移動(dòng)測(cè)量架時(shí)百分表可以同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向的直線度。
3 絲桿安裝精度測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 定位方案設(shè)計(jì)
根據(jù)數(shù)控車床滾珠絲桿的安裝結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)可知，滾珠絲桿的安裝基準(zhǔn)應(yīng)該和大拖板的安裝基準(zhǔn)一致，即以床身上 V 型導(dǎo)軌和矩型導(dǎo)軌為定位基準(zhǔn)安裝。檢測(cè)時(shí)模擬大拖板的運(yùn)動(dòng)使測(cè)量裝置在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，同時(shí)觀察百分表的讀數(shù)，測(cè)出水平方向和垂直方向的直線度。
3.2 測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖2所示，該測(cè)量裝置由百分表⑥5、百分表⑥7和測(cè)量架三部分組成，百分表⑥5 測(cè)量滾珠絲桿 9 水平方向的精度，百分表⑥7測(cè)量滾珠絲桿9垂直方向的精度，測(cè)量架由定位部分支板2 和測(cè)量部分側(cè)支板 4 組成。支板 2 的下平面裝有定位棒 3 和滑塊 1 分別與床身 19 的 V 型導(dǎo)軌面和矩形導(dǎo)軌面配合實(shí)現(xiàn)定位，并且可在機(jī)床導(dǎo)軌上滑動(dòng)。支板2的一端與側(cè)支板4垂直連接，側(cè)支板 4 上裝有垂直測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置 8 和水平測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置 6，百分表⑥5 與垂直測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置 8 連接，百分表⑥7 與水平測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置6連接。
3.1 定位方案設(shè)計(jì)
根據(jù)數(shù)控車床滾珠絲桿的安裝結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)可知，滾珠絲桿的安裝基準(zhǔn)應(yīng)該和大拖板的安裝基準(zhǔn)一致，即以床身上 V 型導(dǎo)軌和矩型導(dǎo)軌為定位基準(zhǔn)安裝。檢測(cè)時(shí)模擬大拖板的運(yùn)動(dòng)使測(cè)量裝置在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，同時(shí)觀察百分表的讀數(shù)，測(cè)出水平方向和垂直方向的直線度。
3.2 測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖2所示，該測(cè)量裝置由百分表⑥5、百分表⑥7和測(cè)量架三部分組成，百分表⑥5 測(cè)量滾珠絲桿 9 水平方向的精度，百分表⑥7測(cè)量滾珠絲桿9垂直方向的精度，測(cè)量架由定位部分支板2 和測(cè)量部分側(cè)支板 4 組成。支板 2 的下平面裝有定位棒 3 和滑塊 1 分別與床身 19 的 V 型導(dǎo)軌面和矩形導(dǎo)軌面配合實(shí)現(xiàn)定位，并且可在機(jī)床導(dǎo)軌上滑動(dòng)。支板2的一端與側(cè)支板4垂直連接，側(cè)支板 4 上裝有垂直測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置 8 和水平測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置 6，百分表⑥5 與垂直測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置 8 連接，百分表⑥7 與水平測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置6連接。
如圖3所示，垂直向測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置包括百分表安裝架⑥7、L形杠桿13、定位軸6、彈簧⑥14。側(cè)支板4設(shè)置有通槽⑥，通槽⑥與滾珠絲桿 12 的軸線相互垂直。L 形杠桿 13 包括主體、水平臂、垂直臂，主體通過圓柱銷 18 定位在側(cè)支板 4 的通槽⑥中，并且可在通槽⑥中繞圓柱銷18自由擺動(dòng)，水平臂向床身19一側(cè)延伸至滾珠絲桿12上側(cè)邊緣，垂直臂在通槽⑥中向上延伸。百分表的安裝架⑥7連接在通槽⑥的外側(cè)邊緣，百分表安裝架⑥7設(shè)有定位孔，定位軸 6 設(shè)置在定位孔中，且內(nèi)側(cè)延伸至通槽⑥中，彈簧⑥14 套在定位軸 6 外，且彈簧⑥14 兩端分別與定位軸 6 的內(nèi)側(cè)突臺(tái)及 L 形杠桿 13 的垂直臂相抵，百分表⑥5 安裝在百分表安裝架⑥7 上，且測(cè)量觸頭延伸至通槽⑥中與 L 形杠桿 13 的垂直臂相接觸。
如圖3所示，水平向測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置包括百分表安裝架⑥9、套筒 10、滑動(dòng)階梯軸 11、彈簧⑥16。側(cè)支板 4 設(shè)置通槽⑥，套筒 10設(shè)置在通槽⑥中，滑動(dòng)階梯軸 11 設(shè)置在套筒 10 中，滑動(dòng)階梯軸11 內(nèi)側(cè)向床身 19 垂直延伸至滾珠絲桿 12 側(cè)緣，彈簧⑥16 套在滑動(dòng)階梯軸11外，彈簧⑥16兩端與套筒10內(nèi)壁及滑動(dòng)階梯軸11的臺(tái)階面相抵。百分表安裝架⑥9 與側(cè)支板 4 連接，百分表⑥8 安裝在百分表安裝架⑥9 上，且量觸頭延伸至滑動(dòng)階梯軸 11 端面與外側(cè)端面相接觸。
3.3 測(cè)量裝置工作原理
圖 3 所示，測(cè)量時(shí)，將兩條定位棒 3 定位放置在床身 19 的 V型導(dǎo)軌面上，滑塊 1 放置在床身 19 矩形導(dǎo)軌面上。測(cè)量部分由側(cè)支板4完成，支板2與側(cè)支板4用腰形孔相聯(lián)接，便于調(diào)整。垂直向測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置的L形杠桿13的水平臂延伸至Z向滾珠絲桿12 上側(cè)邊緣，用于測(cè)量滾珠絲桿 12 的垂直方向跳動(dòng)精度，跳動(dòng)精度數(shù)值由百分表⑥5讀出；水平向測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置的滑動(dòng)階梯軸11 內(nèi)側(cè)延伸至 Z 向滾珠絲桿 12 外側(cè)邊緣，測(cè)量抵壓塊 17 與 Z 向滾珠絲桿12相接觸，水平方向跳動(dòng)精度數(shù)值由百分表⑥8讀出，測(cè)量滾珠絲桿12水平和垂直方向的直線度時(shí)，只需在床身19上來回移動(dòng)測(cè)量架，就可以由兩塊百分表同時(shí)讀出滾珠絲桿12任意點(diǎn)的水平和垂直方向的跳動(dòng)精度值及直線度的精度值。
4 結(jié)論
本設(shè)計(jì)主要為了解決數(shù)控車床縱向滾珠絲桿能快速調(diào)試、準(zhǔn)確安裝，而研究設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量精度高的測(cè)量裝置，能同時(shí)測(cè)量滾珠絲桿相對(duì)于床身基準(zhǔn)面水平方向和垂直方向的精度。滿足了機(jī)床裝配的工藝要求，提高了生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，具有很高的使用價(jià)值，值得推廣。
如圖3所示，水平向測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置包括百分表安裝架⑥9、套筒 10、滑動(dòng)階梯軸 11、彈簧⑥16。側(cè)支板 4 設(shè)置通槽⑥，套筒 10設(shè)置在通槽⑥中，滑動(dòng)階梯軸 11 設(shè)置在套筒 10 中，滑動(dòng)階梯軸11 內(nèi)側(cè)向床身 19 垂直延伸至滾珠絲桿 12 側(cè)緣，彈簧⑥16 套在滑動(dòng)階梯軸11外，彈簧⑥16兩端與套筒10內(nèi)壁及滑動(dòng)階梯軸11的臺(tái)階面相抵。百分表安裝架⑥9 與側(cè)支板 4 連接，百分表⑥8 安裝在百分表安裝架⑥9 上，且量觸頭延伸至滑動(dòng)階梯軸 11 端面與外側(cè)端面相接觸。
3.3 測(cè)量裝置工作原理
圖 3 所示，測(cè)量時(shí)，將兩條定位棒 3 定位放置在床身 19 的 V型導(dǎo)軌面上，滑塊 1 放置在床身 19 矩形導(dǎo)軌面上。測(cè)量部分由側(cè)支板4完成，支板2與側(cè)支板4用腰形孔相聯(lián)接，便于調(diào)整。垂直向測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置的L形杠桿13的水平臂延伸至Z向滾珠絲桿12 上側(cè)邊緣，用于測(cè)量滾珠絲桿 12 的垂直方向跳動(dòng)精度，跳動(dòng)精度數(shù)值由百分表⑥5讀出；水平向測(cè)量轉(zhuǎn)接裝置的滑動(dòng)階梯軸11 內(nèi)側(cè)延伸至 Z 向滾珠絲桿 12 外側(cè)邊緣，測(cè)量抵壓塊 17 與 Z 向滾珠絲桿12相接觸，水平方向跳動(dòng)精度數(shù)值由百分表⑥8讀出，測(cè)量滾珠絲桿12水平和垂直方向的直線度時(shí)，只需在床身19上來回移動(dòng)測(cè)量架，就可以由兩塊百分表同時(shí)讀出滾珠絲桿12任意點(diǎn)的水平和垂直方向的跳動(dòng)精度值及直線度的精度值。
4 結(jié)論
本設(shè)計(jì)主要為了解決數(shù)控車床縱向滾珠絲桿能快速調(diào)試、準(zhǔn)確安裝，而研究設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量精度高的測(cè)量裝置，能同時(shí)測(cè)量滾珠絲桿相對(duì)于床身基準(zhǔn)面水平方向和垂直方向的精度。滿足了機(jī)床裝配的工藝要求，提高了生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，具有很高的使用價(jià)值，值得推廣。
來源：《輕工科技》2018年第5期