彈簧架式絲杠撓度補償結構

劉忠勇

（齊齊哈爾二機床集團秦皇島齊燕數控機床有限公司，河北秦皇島066000）

1 引言

大型工作臺移動設備如大型龍門銑、大型專機（雙面輥軋銑）等設備，經常會用到長距離絲杠（如8m以上的），這種情況下絲杠的撓度補償對于整體設備的精度影響就不容忽視，而傳統的液壓缸直接進行支撐的方法安裝難度較大，容易對設備精度帶來干擾，為此我們對傳統支撐方式進行一定的改進，進而達到對精度影響減小、降低裝配難度的目的。

2 傳統液壓缸直接支撐的弊端分析

圖1 傳統的絲杠撓度補償結構

傳統的絲杠撓度補償系統多數是通過液壓缸帶動杠桿機構對絲杠進行直接支撐的形式來進行補償（如圖1），這樣的設計手段可以達到補償的效果，但是在安裝與加工的過程中增加了很多的成本與難度，比如油缸行程的精確設定以及安裝的精確定位。同時安裝后精度不容易檢測，假設安裝精度略微差一些,而且當補償系統與絲杠同時工作的情況下,長時間后會對絲杠造成一定量的磨損從而影響設備精度。為了支撐絲杠且不增加阻力，通常選擇軸承支撐輪，而軸承鋼的硬度一般要大于絲杠用鋼，這樣在安裝有誤差的情況下（如兩個支撐軸承的軸線與絲杠軸線不平行），兩者接觸不平穩，就會出現研磨現象，導致絲杠受損從而影響設備精度。另外，如果油缸壓力及行程不易控制，壓力或行程過大都可能導致將絲杠向上拱起或者將軸承壓研，都將會嚴重影響設備精度。

3 彈簧架支撐的結構方式

整體結構的變化不大，動作方式也不需要改變，仍由油缸帶動杠桿來支撐絲杠和躲避工作臺移動時的絲母座，主要對杠桿的絲杠支撐端進行了改動（圖2），將原有的一體化結構分解成為：軸承架1、銷軸2、支撐桿3、彈簧4、傳動杠桿5共五部分（圖3），支撐絲杠的軸承安裝方法不變，具體方法為：（1）前期對絲杠進行有限元分析，找到精確支撐點及變形量大小，通過計算得出所需彈簧的規格；（2）將軸承架1與支撐桿3用銷軸2進行連接并采用間隙配合，這樣軸承架1就有了一個以銷軸為圓心擺動的自由度,可以用于解決安裝時支撐架1中心與絲杠中心線不在同一垂直平面的問題。而且改用彈簧結構進行支撐，依靠彈簧自身具有伸縮彈性的特征，在進行撓度補償的時候，可以使支撐輪與絲杠更好地接觸，達到減小絲杠變形量、增加運動穩定性的目的，還可以一定程度上減小支撐軸承與絲杠中心線不共線帶來的磨損；（3）支撐桿與穿過傳動杠桿可采用較大間隙，并保持上下滑動的運動關系，中間加上彈簧來限制支撐桿的移動，這樣在受力較大的情況下，整個軸承架部分相對于傳動杠桿就有了可以上下移動的自由度，充分利用彈簧的可壓縮特性，避免因油缸壓力偏大使支撐輪與絲杠接觸過緊而與絲杠之間發生研磨的現象。同時在安裝的時候即使油缸行程略大也不會影響使用，一定程度上降低了安裝難度；（4）彈簧4卡在軸承架1與傳動杠桿前端開的凹槽中（凹槽可以設計略深一些），這樣在整個運動過程中無論軸承架1向哪個方向擺動或者支撐桿3的上下位移都不會使得彈簧變位，更好地達到預期的效果。

圖2 彈簧架支撐的結構方式

圖3 具體結構

4 結語

機械逐漸大型化的今天，長距離絲杠的撓度補償已經是不容忽視的問題，而傳統的液壓缸直接支撐的方法太過于費力、費時，又不一定能夠達到預期的效果，而采用彈簧架式的結構來進行撓度補償，在裝配結構過程中可以省去大量的精度定位，同時能保證撓度補償的效果，還可以減小系統的磨損，有效地降低了成本。