数控机床机械系统及其故障诊断与维修教案

§3——4 滚珠丝杠一、滚珠丝杠结构

1、滚珠丝杠副的种类与结构10＇

滚珠丝杠螺母副：是回转运动与直线运动相互转换的传动装置，在数控机床进给系统中一般采用滚珠丝杠副来改善摩擦特性。

工作原理是：当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动，如图3—4—1和图3—4—2

1—返向器2—螺3—丝杠4—滚珠（a）单圆弧（b）双圆弧图3—4—1滚珠丝杠副图3—4—2 螺纹滚道型面

按滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式两种。

1）内循环式

内循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。如图3—4—3。在螺母的侧面孔内，装有接通相邻滚道的反向器，利用反向器引导滚珠越过丝杠的螺纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。一般在同一螺母上装有2—4个反向器，并沿螺母圆周均匀分布。

优缺点：滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小，但制造精度要求高。

图3—4—3 内循环示意图1—凸键2、3—反向键2）外循环式

外循环方式的滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外板书多媒体结合讲述（10＇）

重点：1、滚珠丝杠副是数控机床的首选。2、内部结构和工作原理。3、内循环式和外循环式

优缺点：结构简单、制造容易、但径向尺寸大，且弯管两端耐磨性和抗冲

击性差。

图3—4—4 外循环示意图

（a）螺旋槽式：1—套筒；2—螺母；3—滚珠；4—挡珠器；5—丝杠

（b）插管式：1—弯管；2—压板；3—丝杠；4—滚珠；5—滚道

2、滚珠丝杠副的结构参数5＇

滚珠丝杠副的主要参数有：公称直径D、导程L和接触角β。

1）公称直径D：是指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心

的圆柱直径。它与承载能力直接有关，常用范围为30—80mm，一般大于丝杠长

度的1/35—/30。

2）导程L：导程的大小要根据机床加工精度的要求确定，精度高时，导

程小一些；精度低时，导程大些。但导程取小后，滚珠直径将取小，使滚珠丝

杠副的承载能力下降；若滚珠直径不变，导程取小后，螺旋升角也小，传动效

率将下降。因此，一般地，导程数值的确定原则是：在满足加工精度的条件下

尽可能取得大一些。

3、滚珠丝杠副的结构特点10＇

1）摩擦因素小，传动效率高。滚珠丝杠副的传动效率可达0.92—0.96，比

常规的丝杠螺母副提高3—4倍。因此，功率消耗只相当于常规丝杠的1/4—1/3。

2）可预紧消隙。给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的间隙，反向运动时无

死区，定位精度高，刚度好。

3）运动平稳，低速时不易出现爬行现象，传动精度高。

4）运动具有可逆性。可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动

转换为旋转运动，即丝杠和螺母均可以作为主动件。

5）磨损小，使用寿命长。

6）所需传动转矩小。

7）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度

要求也高，故制造成本高。

8）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于处于重惯性力的作用，常需添加

板书作图

（5＇）

板书讲解

（10＇）

重点

滚珠丝杠

副结构的

8个特点

图3—4—6 双螺母垫片调隙式结构

优缺点：这种调隙方式能精确地调整预紧量，结构简单，刚度高，工作可

靠，但调整不方便，滚道磨损时不能随时进行调整。

2）如图3—4—7，为螺纹调隙式，转动调整螺母1，使螺母2产生轴向位

移。

图3—4—7 双螺母螺纹调隙式结构1、2—锁紧螺母

优缺点：这种调隙方式结构简单，调整方便，滚道磨损时可随时进行调整，

但预紧量不很准确。

3）如图3—4—8，为齿差调隙式，通过调整螺母端头上的外齿相对内齿的

啮合角度来消除间隙。

图3—4—8 双螺母齿差调隙式结构

优缺点：这种调隙方式能精确微调预紧量，工作可靠，滚道磨损时调整方

便。但结构复杂，用于需获得准确预紧力的精密定位系统。

2、支撑轴承的定期检查2＇

定期检查丝杠支撑与床身的连接是否损坏，以及导轨间的平行度是否保持

在允许误差范围内，如有上述问题，要及时坚固松动部位，更换支撑轴承或调

整丝杠对导轨的平行度。

整方法

（2＇）