戴军

（宁夏工商职业技术学院，宁夏银川　750021）

　　摘　要：数控机床的普遍使用，迫使使用者掌握更多的数控知识，了解数控车床Z向进给轴的组成与装配方法是重量的一部分。稳定的控制方法（伺服控制）和精密的机械传动部件（滚珠丝杠）是实现数控机床精密加工的手段，而对机械传动部件的精确安装是实现准确位移的保障。如何将这一机械传动的关键部件滚珠丝杠准确安装是数控机床进给机构装配的关键步骤。Z向进给轴精确组装需要一套精良的检测工具，并且检测符合相应的标准。

　　关键词：滚珠丝杠；摩擦阻力；检棒；平行度；预紧力
　　现代制造业对数控人才的要求越来越高，其中一项就是对数控机床的日常维护和维修，为此很多学校都开设了《数控机床故障诊断与维修》课程，旨在使学生基本掌握数控机床的故障诊断方法。并且每年各省的“数控机床维修与调试”对参赛学生的技能要求非常高，所以数控机床维修这项技术得到了广大师生的重视。为此，我结合一些实践经验对数控车床Z进给轴的拆装和检测过程做详细的论述，希望对从事数控机床这一行业工作者有所帮助。
　　一、数控车床进给传动系统概述
　　数控车床的进给传动系统控制过程是伺服电机旋转，带动滚珠丝杠旋转，丝杠螺母带动溜板直线移动（Z轴位移）和刀架进行直线移动（X轴位移）。数控车床定位精度要求很高，直线位移达“微米”级，而且要求有很高的快速响应特性（灵敏度）和稳定性。因此，数控车床对进给系统机械部分有如下基本要求：
　　1.减小摩擦阻力。为了提高数控机床进给系统的快速反应性能和精度，必须减小运动部件的摩擦阻力和动、静摩擦力之差。为达到上述要求，在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杆螺母副、静压丝杆螺母副，滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。在减小摩擦阻力的同时，还必须考虑传动部件要有适度的阻力，以保持系统的稳定性。
　　2.保证传动零件的制造精度和刚度，并且对滚珠丝杠和轴承进行预紧，消除传动件的间隙以提高进给精度和刚度。
　　3.减小运动惯量。运动部件的惯量对私服机构的启动和制动特性都有影响，尤其是处于高速运转的零部件，惯量的影响更大。因此，在满足部件强度和刚度的前提下要尽可能减小运动部件的质量，减小旋转零件的直径和质量，以减小运动部件的惯量。
　　4.高谐振。为了提高进给的抗震性，应使机械构件具有较高的固有频率和合适的阻力，一般要求进给系统的固有频率高于伺服驱动系统的固有频率两三倍。
　　二、数控车床进给系统的组成
　　数控车床进给系统主要由伺服驱动系统、机械传动系统、检测系统组成。伺服驱动系统由驱动控制单元和驱动元件组成，机械传动系统由机械传动部件和执行元件组成，检测系统由检测元件与反馈电路组成。主要部件及功能如下：
　　1.机械传动部件――滚珠丝杠螺母副
　　传动精度的提高是数控机床的一大优点，而决定传动精度的机械传动副就是滚珠丝杠螺母副。传动阻力为滚动摩擦，摩擦阻力减小，传动力矩减小；定位精度和重复定位精度比较高；使用寿命长。
　　2.动力部件――交流伺服电机
　　交流伺服电机区别于三相异步交流电机的Z大区别是控制速度、位置精度非常准确。它是利用电压信号控制转矩和转速以驱动控制对象。
　　3.驱动控制单元――伺服驱动器
　　伺服驱动器在变频技术基础上，不仅控制电流和速度，而且控制位置，控制精确。
　　4.检测元件――编码器和光栅
　　编码器与伺服电机相连，通过电机旋转的角位置，经过编码器将信号或数据进行编制、转换直线位移。
　　光栅是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺一般由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床活动部件上，光栅读数头装在机床移动部件上。光读头通过检测莫尔条纹个数，“读取”光栅刻度，然后根据驱动电路的作用，计算出光栅尺的位移和速度。
　　三、数控车床Z进给轴组装
　　如图一所示，数控机床进给轴的安装形式主要有如下几种。

　　本文主要以CK6140e数控车床为例说明数控车床Z进给轴的安装步骤，CK6140e数控车床滚珠丝杠的安装形式主要是C）这种形式。CK6140e数控车床Z向进给轴的结构简图如图二所示，安装过程主要以图二为基础进行说明。

　　数控车床Z向进给轴的安装主要按以下步骤进行。
　　1.将零件进行清洗。用柴油清洗轴承座、丝杆螺母座、电机座及相关部件，滚动轴承用汽油进行清洗。将清洗后的滚珠丝杠副、轴承等吊挂在立架上，将清洗后的其他零件放置在橡胶板上。
　　2.将机床尾座、主轴卡盘拆卸并放置在橡胶板上。
　　3.检测准备。Z向进给轴安装检测的主要内容是溜板箱、前后支承轴承座与导轨的平行度，前后支承轴承座孔、滚珠丝杠螺母副支座孔的同轴度。首先给前后支承轴承座、滚珠丝杠螺母副支座孔选择合适的检验套和检验棒，然后将桥尺轻轻的放置在轨面上，并沿导轨做水平移动，检验其移动的平衡性，Z后将杠杆千分表固定在桥尺上。检测时检测仪器的安装参考图三。

　　4.Z轴溜板箱和电机座（前支承）的安装：（1）在溜板箱的丝杆螺母座8中装入检套和检棒，检查其与床身导轨平行度，其上、侧母线全长允差均为≤0.01/200mm。检测时，往复移动桥尺，边找正边预紧溜板箱上的紧固螺钉，找正后检验棒旋转180°按上述方法测量。（2）在电机座3轴承孔上装检套和检棒，溜板箱的丝杆螺母座8上装检套和检棒。打表找正检棒上、侧母线的同轴度，允差均为≤0.01/全长。保证表移动时能同时经过两个检棒，边找正边紧固电机座3。（3）紧固溜板箱，装入定位销。

　　5.Z轴后轴承座（后支承）安装：（1）将轴承座9预紧在床身上，装检套、检棒。检测检棒与床身导轨平行度上、侧母线均≤0.01/200。测量方法同上。（2）在电机座3轴承孔装检套和检棒，后轴承座9装检套和检棒，打表检测9与3检棒同轴度，在上、侧母线均≤0.01/全长。测量时以电机座3为基准，将桥尺和表放在床身的前端，调好表后，将桥尺和表搬到床身后端，检测两轴的同轴度。若有误差，松开后轴承座边找正边预紧。找正后旋转180°再次测量，合格后上紧后轴承座。
　　6.装配电机座三组件：（1）从床身上拆下轴承座9，并用标记画出正确的安装位置。（2）将滚珠丝杠副装在溜板箱上，把件14、15及密封圈套在滚珠丝杆上。（3）在丝杠上面如图依次装入5、16、垫圈、17。（4）用50×50×300木方抵住溜板箱与电机座3，旋转滚珠丝杠副，将已安装在丝杠副上的组件拉入电机座。
　　7.装配轴承座9组件：将滚珠丝杠套在轴承座9上，依次装入11、13、12和10，将9上紧在相应的位置上。
　　8.Z轴滚珠丝杠螺母副的安装：（1）将溜板箱移至电机座端，松开滚珠丝杆螺母螺钉，转动滚珠丝杆后，拧紧其与溜板箱连接螺钉。（2）左右移动溜板箱，要求溜板箱在滚珠丝杠全行程上移动松紧劲一致。
　　9.滚珠丝杠副轴向窜动及径向跳动调整：（1）完成上述工作后在床身上架千分杠杆表，在丝杆副中心孔内用黄油粘一φ6钢球，用千分表表头接触其轴向顶面进行检测（丝杠副与电机连接端），通过调整锁紧螺钉的预紧力达到要求，轴窜不大于0.008mm。（2）在相应位置检测丝杠径向跳动，径跳不大于0.012mm。
　　10.伺服电机的安装，装轴承18、同步轮19，上紧螺母，Z后将电机组件及同步带安装上。
　　11.装入滚珠丝杠副防护板等其他零件：数控车床Z向进给轴的装配是数控机床组装和维修人员必须具备的技能之一，通过以上对CK6140e数控车床Z向进给轴装配过程的介绍，希望对需要的人有所启示。
　　参考文献：
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　　[2]邓三鹏.数控机床故障诊断与维修[M].北京：机械工业出版社，2009.
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　　[4]孙慧平，陈子珍，翟志永.数控机床装配、调试与故障诊断[M].北京：机械工业出版社，2011.
　　[5]韩鸿鸾.数控机床机械系统装调与维修一体化教程[M].北京：机械工业出版社，2014.
　　[6]CK6140e数控车床使用说明书.
　　[7]GSK980TD车床CNC使用手册.
　　[8]广州数控维修手册.

来源：《考试周刊》2014年第72期