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文章来源:刀网论坛

一、滚珠螺杆 的介绍
滚珠螺杆是将回转运动转化为直线运动,或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠螺杆副有多种结构型式。按滚珠循环方式分为外循环和 内循环两大类。外循环回珠器用插管式的较多,内循环回珠器用腰形槽嵌块式的较多。
按螺纹轨道的截面形状分为单圆弧和双圆弧两种截形。由于双圆弧 截形轴向刚度大于单圆弧截形,因此目前普遍采用双圆弧截形的丝杠。
按预加负载形式分,可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球 径向预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧。数控机床上常用双螺母垫片式预紧,其预紧力一般为轴向载荷的1/3。
滚珠螺杆与滑 动杆螺母副比较有很多优点:传动效率高、灵敏度高、传动平稳:磨损小、寿命长;可消除轴向间隙,提高轴向刚度等。
二、滚珠螺杆在高速数控机床上 的应用
高速加工是面向21世纪的一项高新技术,它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在航天航空、汽车工业、模具制造、光电工程和仪器仪 表等行业中获得了越来越广泛的应用,并已取得了重大的技术经济效益,是当代先进制造技术的重要组成部分。为了实现高速加工,首先要有高速数控机床。高速数 控机床必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统,才能实现材料切削过程的高速化。为了实现高速进给,国内外有关制造厂商不断采取措施,提高滚珠螺杆的高速 性能。主要措施有:
(1)适当加大螺杆的转速、导程和螺纹头数。目前常用大导程滚珠螺杆名义直径与导程的匹配 为:40mm×20mm,50mm×25mm,50mm×30mm等,其进给速度均可达到60m/min以上。为了提高滚珠丝杆的刚度和承载能力,大导程 滚珠螺杆一般采用双头螺纹,以提高滚珠的有效承载圈数。
(2)改进结构,提高滚珠运动的流畅性。改进滚珠循环反向装置,优化回珠槽的曲线参数, 采用三维造型的导珠管和回珠器,真正做到沿着内螺纹的导程角方向将滚珠引进螺母体中,使滚珠运动的方向与滚道相切而不是相交。这样可把冲击损耗和噪声减至 最小。
(3)采用“空心强冷”技术。高速滚珠螺杆在运行时由于摩擦产生高温,造成螺杆的热变形,直接影响高速机床的加工精度。采用“空心强冷” 技术,就是将恒温切削液通入空心丝杆的孔中,对滚珠螺杆进行强制冷却,保持滚珠副温度的恒定。这个措施是提高中、大型滚珠螺杆高速性能和工作精度的有效途 径。
(4)对于大行程的高速进给系统,可采用螺杆固定、螺母旋转的传动方式。此时,螺母一边转动、一边沿固定的螺杆作轴向移动,由于丝杆不动, 可避免受临界转速的限制,避免了细长滚珠螺杆高速运转时出现的种种问题。螺母惯性小、运动灵活,可实现的转速高。
(5)进一步提高滚珠螺杆的制 造质量。通过采用上述种种措施后,可在一定程度上克服传统滚珠螺杆存在的一些问题。其最大快速移动速度可达60m/min,个别情况下甚至可达90m /min,加速度可达15m/s2。由于滚珠螺杆历史悠久、工艺成熟、应用广泛、成本较低,因此在中等载荷、进给速度要求并不十分高、行程范围不太大(小 于4~5m)的一般高速加工中心和其他经济型高速数控机床上仍然经常被采用。
三、滚珠螺杆的安装
数控机床的进给系统要获得较高的传动 刚度,除了加强滚珠螺杆螺母本身的刚度之外,滚珠螺杆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强度,新设计的机床在工艺条件允许时常常把螺母座或支承座与机床本体做成整体来增大刚 度。
为了提高支承的轴向刚度,选择适当的滚动轴承也是十分重要的。国内目前主要采用两种组合方式。一种是把向心轴承和圆锥轴承组合使用,其结构 虽简单,但轴向刚度不足。另一种是把推力轴承或向心推力轴承和向心轴承组合使用,其轴向刚度有了提高,但增大了轴承的摩擦阻力和发热而且增加了轴承支架的 结构尺寸。近年来国内外的轴承生产厂家已生产出一种滚珠螺杆专用轴承(如日本NSK,德国FAG),这是一种能够承受很大轴向力的特殊向心推力球轴承,与 一般的向心推力球轴承相比,接触角增大到60º,增加了滚珠的数目并相应减小滚珠的直径。这种新结构的轴承比一般轴承的轴向刚度提高了两倍以上,而且使用 极为方便,产品成对出售,而且在出厂时已经选配好内外环的厚度,装配时只要用螺母和端盖将内环和外环压紧,就能获得出厂时已经调整好的预紧力。
滚 珠螺杆的安装方式通常有以下几种:
(1)双推一自由方式 丝杆一端固定,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——优点:较易组装,几何精度影响较小,适用于短螺杆和垂直 螺杆;缺点:作用点间的距离较小,刚性较差。
(2)双推一支承方式 丝杆一端固定,另一端支承。固定端轴承同时承受轴向力和径向力;支承端轴承只承受径向力,而且能作微量的轴向浮动,可以避免或减少螺杆因自重而出现的弯 曲。同时丝杠热变形可以自由地向一端伸长。

(3)双推一双推方式 丝杆两端均固定。固定端轴承都可以同时承受轴向力和径向力,这种支承方式,可以对螺杆施加适当的预拉力,提高螺杆支承刚度,可以部分补偿螺杆的热变形。其 优点是:作用点间的距离较大,刚性较佳;缺点:较易受组合零件几何精度影响。
(4)采用螺杆固定、螺母旋转的传动方式 此时,螺母一边转动、一边沿固定的螺杆作轴向移动:由于螺杆不动,可避免受临界转速的限制,避免了细长滚珠螺杆高速运转时出现的种种问题。螺母惯性小、运 动灵活,可实现的转速高。此种方式可以对螺杆施加较大的预拉力,提高螺杆支承刚度,补偿螺杆的热变形。
四、滚珠螺杆螺母的防护和润滑
(1) 滚珠螺杆副的防护
滚珠螺杆副和其它滚动摩擦的传动器件一样,应避免硬质灰尘或切屑污物进入,因此必须装有防护装置。如果滚珠螺杆副在机床上外 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杆的支承 座上。如果滚珠螺杆副处于隐蔽的位置,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采用耐油橡胶或尼龙制成,其内孔做成与螺杆螺纹滚道 相配的形状;接触式密封圈的防尘效果好,但由于存在接触压力,使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈,它采用硬质塑料制成,其内孔与螺杆螺 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,防护装置一有损坏应及时更换。
(2)滚珠螺杆副 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:润滑脂可采用锂基润滑脂,高速时,建议 使用的润滑油为 40℃时的黏度指数范围32~68 cSt (ISO VG 32~68)(DIN 51519)。低速时,建议使用的润滑油为40℃时的黏度指数范围在90 cSt (ISO VG 90)以上。润滑脂一般加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内,而润滑油则经过壳体上的油孔注入螺母的空间内。每半年对滚珠螺杆上的润滑脂更换一次,清洗螺 杆上的旧润滑脂,涂上新的润滑脂。用润滑油润滑的滚珠螺杆副,可在每次机床工作前加油一次或根据工作要求定时加油。
五、滚珠螺杆在使用时的注意 事项
滚珠螺杆为精密的机械零件组装,所以在使用时需注意下列事项:
(1)因为滚珠螺杆的摩擦很小,如果将没有施加预压(微预压也一 样)的螺杆垂直放置时,螺母会因自重而从螺杆轴上脱落下来,所以垂直使用时,请千万小心。如果螺母脱落螺杆,滚珠会脱落。另外,循环导管等滚珠循环部也有 损坏的危险。若螺母从螺杆上脱落,请与售后技术人员联络。
(2)因滚珠丝杆螺母的循环部(循环导管,端盖等)突出在螺母的外部,请注意不可敲击 和碰撞。
(3)请不要把径向负荷,力矩负荷直接加到滚珠螺杆上。如果作用有径向负荷,力矩负荷,会使螺杆的使用寿命极度降低或导致螺杆运转不顺 畅。
(4)将螺杆同其它机械零件组合安装时,请不要把螺母从螺杆上取出。如果万一必须分开时,请使用比螺杆沟槽低径小1mm的套管作为辅助制 具,将螺母和滚珠一同取下,同时注意不要让滚珠脱落。
(5)滚珠螺杆的螺纹沟槽是经过淬火和研磨加工的,如果将外部零部件强行打入螺杆轴或螺母 边沿时,滚动沟槽上会产生压痕,所以安装零部件时,请注意不要对螺杆或螺母施加过分外力。
(6)如果滚珠螺杆两端的支撑中心轴线和螺母的中心不 同心时,则会对滚珠螺杆产生过分的摩擦阻力,从而产生扭矩增大,发热等现象。使滚珠螺杆出现早期的磨损,大大缩短其使用寿命。因此,安装时一定要校正螺杆 的“三点一线”。另外,安装完后请一定要转动螺杆,使螺母在螺杆的有效行程上移动,确认是否有干涉等异常现象。
(7)最好在螺杆两端加装防撞 器,以避免运转超过行程极限而损伤滚珠螺杆。
六、滚珠螺杆预拉的目的和预拉量
螺杆预拉就是在装配时用螺杆两端的锁紧螺母按要求对螺杆 的长度方向施加一定的拉力以调整螺杆正反螺母的反向紧度,原因是螺杆在运行中温升时,热应力效应会使螺杆伸长,使螺杆的长度变得不稳定。目的是为了有效消 除该部件的弹性变量以期获得平稳的运动精度。否则在微量进给时当滑鞍或工作台的阻尼力大于螺杆及螺母的弹性力矩时工作台不发生位移,随着不断的进给螺杆及 螺母的累积弹性力矩超过工作台阻尼力矩此时的工作台产生冲动位移。虽然总的进给量可能不受影响、但实际的步数、每步的进给量与控制器的输出产生误差,其后 果是严重影响加工精度。
过大的预拉会烧坏支撑轴承,在此建议采用小于5℃的预拉值,但若是滚珠螺杆的直径超过50mm时不适合做预拉,螺杆直径 大就需要大的预拉力,此时就会导致轴承发热而烧坏。因此建议以3℃的温升做为补偿值T的基准(螺杆每1000mm,-0.02~ -0.03mm)。不同的应用需要不同的T值,有关T值的取值请查阅产品技术手册。
七、滚珠螺杆安装完后反向间隙的检测
用手动脉冲发 生器移动相关轴(X,Y,Z),(将手脉倍率定为1×100的挡位,即每变化一步,电机进给0.1mm),配合千分表观察相关轴的运动情况。在单向运动精 度保持正常后作为起始点的正向运动,手脉每变化一步,机床该轴运动的实际距离d=d1=d2=d3…=0.1mm,说明电机运行良好,定位精度良好。而返 回机床实际运动位移的变化上,可以分为四个阶段:①机床运动距离d1>d=0.1mm(斜率大于1);②表现出为 d=0.1mm>d2>d3(斜率小于1);③机床机构实际未移动,表现出最标准的反向间隙;④机床运动距离与手脉给定值相等(斜率等于1),恢复到机床 的正常运动。

  八、滚珠螺杆在应用中的故障分析及排除

  滚珠螺杠故障大部分是由于运动质量下降、反向间隙过大、机械 爬行、润滑不良等原因造成的。下表为滚珠螺杆常见故障以及诊断方法。

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九、结束语:

  作为一名售后技术应用工程师,我们既要有扎实的综合知识,又要有丰富的实践经 验。在滚珠螺杆安装,调试,检测和故障分析排除时要对问题进行综合考虑。另外,和技术人员要相互交流,合作和相互支持。

 

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類鑚 (Diamond-like Carbon, DLC)薄膜在過去幾年來,由於其特殊的化合性質,如:良好的場發射性、高光學穿透性、高熱傳導性、高化學抗腐蝕性、優異的摩擦性質與良好的生物相容性, 使DLC薄膜在電、光、磁、熱、機械和生醫應用領域受到相當大的注目。其中陰極電弧沉積與脈衝式雷射沉積,吸引許多研究學者以及工業應用上的注意,主要乃 因為其可以在低溫製程下沉積多種或多層材料,且沉積速率相較於目前工業界常用的濺鍍沉積法快,若能夠克服薄膜品質上的缺點並達到大面積鍍膜的需求,假以時 日應有更大的應用空間。

DLC薄膜形成機制
DLC具有與鑽石相似的優異性質,如硬度,彈性模數和化學抗腐蝕性,不過DLC薄膜是 一沒有晶界而等向混亂的薄膜。它的生產費用遠較鑽石便宜,這針對許多應用有相當大的優勢。DLC薄膜沉積主要是由於碳離子或部分中性碳原子衝擊基材而累積 形成薄膜,DLC之主要的性質是有關於sp3鍵結。DLC薄膜之sp3鍵結給予它許多鑽石本身的機械硬度、化學穩定性以及寬能隙等有利的性質。類鑚碳薄膜 的組成不單單只有非結晶碳(Amorphous Carbons, a-C)也有含氫的非結晶碳(Amorphous Hydrogenated Carbon, a-C:H)。圖一為非結晶C-H混合物各種形式組成的三元相圖。由圖一可以大致了解不同鍵結的碳結構,會使得類鑚薄膜性質上產生相當大的差異,這也就是 類鑚薄膜令人著迷之處。


圖 一、非結晶碳氫混合物之鍵結三元圖

DLC薄膜製作技術
沉積DLC薄膜的方法迄今發展相當地多元化,綜合目前比 較普遍的方法如下:
1.離子束沉積法(Ion Beam Deposition Method)
2.濺鍍沉積法(Sputtering Deposition Method)
3.電漿輔助化學氣相沉積法( PECVD)
4.陰極真空電弧(Cathodic Vacuum Arc, CVA)沉積
5.雷射脈衝高電流電弧沉積技術(Laser Arc Deposition)  

DLC薄膜之應用與發 展
一般DLC代表性的特徵有:高硬度、優越的耐磨耗性、表面平滑、摩擦係數小、耐腐蝕性優、近紅外光區的透光率佳以及絕緣性良好等。圖二為DLC 薄膜的特性與用途之簡圖。


圖 二、DLC薄膜特性與應用

我們知道DLC薄膜具有相當高的硬度與耐磨耗性質。因此,目前工業界大量地將此薄膜特性應用 在刀工具以及模具上,提升其使用壽命。圖三乃是類鑚薄膜應用於鑚、銑刀與導軸襯之應用實例。以導軸襯(Guide Bush)為例,切削量3.2mm,轉速8000 rpm下進行切削,結果可知道鍍DLC薄膜的導軸襯可以切削5000個以上的材料,而沒有鍍DLC薄膜的卻只能切削不到50個。近年來DLC薄膜也有應用 到手錶之外裝以及高爾夫球球杆頭等工業上的材料與商品。


圖 三、類鑚薄膜在加工刀具上之應用

DLC薄膜在生物及醫學方面也有許多研究學者發現其可應用於食物的保存、人造器官的應 用。由圖四可以發現當一般的 PET瓶表面鍍DLC後可以有效阻絕氣體分子從瓶內擴散到瓶外以保持內含物的成分,也能避免瓶外的氣體分子擴散至PET瓶內導致變質,這也證實在溫度效應 下其抗腐敗的效果愈為突顯。


圖 四、DLC鍍膜於PET瓶上,阻絕氣體分子之擴散示意圖

另外,也有部分研究學者在DLC薄膜表面進行氟化作用,發現這 樣可增進表面的血液相容性、疏水性與化學穩定性。部份文獻也已報導氟掺雜到DLC薄膜中,一方面會稍微降低其表面能和薄膜硬度,但對於其他DLC薄膜的特 性卻可以維持。因此,氟化後的類鑚碳(Fluorinated Diamond-like Carbon, F-DLC)的彈性特徵針對鍍三維醫療裝置有相當大的助益,因此可以被用來作為臨床上冠狀動脈支架、心臟瓣膜、骨科的植入等裝置的鍍層。圖五則為DLC薄 膜應用於人工關節上,因增加其本身的潤滑性可以大幅延長使用壽命。


圖 五、鍍DLC薄膜的人工關節

由於DLC具有良好的絕緣性且DLC薄膜壓應力大。在微機電應用方面,a-C薄膜的壓力感 應性質利用在薄膜感應器(Boss Membrane Sensor)上的a-C應變計電阻器(a-C Strain Gauge Resistor),其被組裝在(001)矽微加工上,如圖六。


圖 六、微加工之a-C懸臂樑及具a-C應變計之薄膜感應器

近來,DLC薄膜相當多的優異性質逐漸突顯,也使得其應用性廣 泛地延展。不過,大部分的研究與應用都屬於比較實驗性質而小型的,且單一鍍膜材料與鍍膜已經無法滿足目前工業上多元化的應用,因此朝向多層膜、大面積與大 尺寸方向的發展勢在必行。這將使得真空腔體的空間侷限獲得突破,並有效的改善多層膜之間的附著力等。因此,DLC薄膜在工業產業以及生物醫學上的應用與發 展是相當令人期待的。
作者:陳肇英 / 工研院材化所
出處:工業材料雜誌257期

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

 

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