数控轧辊磨床Z轴滚珠丝杠副失效分析

    摘要 数控扎辊磨床Z轴滚珠丝杠副失效，丝杠运行中剧烈颤抖，有噪声。轴承座制造精度差是此案例主要原因。
    关键词 数控轧辊磨床 滚珠丝杠副 失效
    中图分类号TG659   文献标识码B
 
    国产数控轧辊磨床，Z轴规格为φ80mm×8100mm，采用德国REXOTH公司的滚珠丝杠副，其螺母的轴向间隙出厂前已经调试完成。图1是滚珠丝杠传动示意简图。

图1

    将图l的滚珠丝杠传动系统进一步简化为图2，图中3为螺母副，沿丝杠轴向作往复运动。1、2、4、5为深沟球轴承，限制丝杠径向位移。A、B为推力滚子轴承组件，相当于铰支机构，限制丝杠轴向位移。丝杠支承处轴承配置如图3。

    滚珠丝杠副使用6个月后出现异常，丝杠运行中剧烈颤抖，有噪声。经检查，润滑良好，丝杠表面有毛刺状的划伤，初步判断螺母副内的珠粒可能有破损。由于该滚珠丝杠副处于保质期内，于是决定更换滚珠丝杠副，然后返厂检修。拆卸时发现，用于丝杠轴向定位的四组压力轴承有不同程度损伤。严重受损的滚子，滚珠表面金属剥落。推力轴承的座圈，一侧受损程度较轻，表面有轻微的压痕，另一侧严重受损，表面金属剥落。其余座圈受损程度界于上述两者之间。
    针对此情况判断，丝杠径向定位的深沟球轴承1、2、4、5存在安装误差。深沟球轴承1、4、5的实际位置偏离理论位置，造成丝杠径向受力不均，丝杠安装后产生挠曲。丝杠高速旋转且频繁换向时，实际挠度超出规定范围，所以丝杠剧烈颤抖，螺母内滚珠受损，丝杠表面划伤。另一方面，丝杠的挠曲，也使组合推力轴乍受力异常，高速旋转时，推力轴承的滚动体和座圈磨损严重。
    作分析简图（图4），将推力轴承的固定座圈和轴承座抽象为一个整体，旋转座圈和丝杠抽象为另一个整体。当丝杠旋转时，由于安装误差造成旋转座圈和滚动体受力不均，整个推力轴承的载荷集中到了旋转座圈上的F点位置和经过这里的滚动体上，长时间运行后，滚动体表面和座圈接触部分表面严重磨损。由于丝杠各部分产生的挠度不同，所以四组推力轴承的受损程度不同。

图4

    事后，对轴承座进行精度检验，两个深沟球轴承定位孔的同轴度误差超出允许范围，属于轴承座本身的加工误差，这是此案例滚珠丝一杠失效的主要原因。