南通農業職業技術學院（江蘇　226007）　張煒

　　數控機床進給伺服係統的精度在整機精度中占有（yǒu）重要（yào）的地位（wèi），其中所選用（yòng）的滾珠（zhū）絲杠精度等級（jí）是衡（héng）量數控機床品質的（de）一個重要指（zhǐ）標。設計人員往往注重選用高品質和高精（jīng）度等級的滾珠絲杠來配置於進給伺（sì）服係統，以便通過其（qí）較小的滾珠絲杠螺距誤差和反向間隙補償獲得更高的整機（jī）精度。而在設計（jì）滾珠絲杠的軸承密封方（fāng）麵往往忽略細節，造成整機出廠後，在設備使用不久出現早期（qī）軸承失效的問題，這種隱形（xíng）設計缺陷Z終造成了滾（gǔn）珠絲杠精（jīng）度的超差，企業不得不進行（háng）額外的維修和更換（huàn）。

　　1.滾珠絲杠專用軸承常用密封結構（gòu）的設計

　　滾珠絲杠專用軸承的密封結（jié）構是數控機床伺服係統的重要設計環節之一。設計要求該結構具有長期有效密封和防塵作用，摩擦和安裝誤差小，裝配方便（biàn）且拆卸、維護保養便捷。為了保證軸承正常的運行環境，防止軸承脂或潤滑油的泄漏，防止有害異（yì）物從外部侵入到軸承滾道內，有必（bì）要盡可能采用完善的密封結構設計，來保證數（shù）控機床進給伺（sì）服精度。

　　密封（fēng）結構按照其工作原理不同可（kě）分為（wéi）接觸式密封和非接觸式密封兩大類。非接觸式密封不受速度限製，而接觸式密封（fēng）隻能用在線速度較低的場合，為保證密封件（jiàn）的使用壽命，減（jiǎn）少發（fā）熱量和（hé）磨損，密封軸徑（jìng）接觸部分的硬度應在40HRC以上，表麵（miàn）粗糙度值Ra=0.80～1.60μm。

　　隨著（zhe）數控機床進給伺服係統的高速化發展，交流伺服電動機（jī）的轉速遠在2000r/min以上，如果仍然采用接觸式密封（fēng），密封件與密封軸徑產生的（de）摩擦使得滾珠絲杠溫（wēn）度上升，不僅縮短了密封（fēng）件的使用壽命，而且由於（yú）溫升較大，造成滾珠絲杠溫升迅（xùn）速上升，影響了整個伺服（fú）係統的傳動精度。因此，高速數控機床（chuáng）的滾（gǔn）珠絲杠軸承的密封，必須采用（yòng）非接觸式密封方式。

　　非接觸式密封有縫隙密封、甩油環密封和迷宮密封等多種形（xíng）式。由於存在間隙，除甩油環密封外，非（fēi）接觸式密封一般應用於軸承脂潤滑場合。本文推薦的密封結構是采用主動稀油連續潤滑的方式，適合於水平或垂直方（fāng）向安裝的伺服軸，通過多種組（zǔ）合密封結構的運用，有效地阻（zǔ）止了絲（sī）杠上流淌的廢油和（hé）環境中灰（huī）塵對軸承的汙染，提高了軸承的使用壽命。

　　圖1所示為進給伺服係統典型的開放式軸承密封結構（gòu）設計，一般采用軸承脂潤滑，進給軸行程的兩端設計有行程緩衝墊，用來緩衝進給（gěi）軸碰撞（zhuàng）時（shí）的衝擊。該結構的缺（quē）點在（zài）於，當滾珠絲杠（gàng）用作垂直軸應用時，滾（gǔn）珠絲杠螺母（mǔ）稀油潤滑或其他切削液，就會沿著絲杠（gàng）軸向流淌到（dào）下端軸承的滾道上，造成軸承滾道（dào）上軸承脂的流失，廢油或切削液（yè）造成滾道汙染。下（xià）端軸承組（zǔ）的工況非常差，極易造成該軸承組潤滑不足、鏽蝕或卡死等早期（qī）失效現象的發生。

　　圖2所示的結構進行了設（shè）計改進，上下軸承組采用主動稀油潤滑，下端整個軸承（chéng）座設置有軸承（chéng）防護罩，用來保護軸承組免受外界灰塵的汙染。該結（jié）構關（guān）鍵之處在於下端軸承組配置有骨架密（mì）封，用來阻止從絲杠軸向流淌下來的潤（rùn）滑油或切削液等對下端軸承組的汙染，屬於接觸式軸承密封設計，不可應用於高（gāo）速伺服軸的場合（用於伺服電動機Z高轉速2000r/min以下），否則，伺（sì）服電動機轉速過快，造成骨架密封圈發熱、磨損和密封失效。

圖2

　　2.值得（dé）推廣可免維護的滾珠絲杠軸承密封結構的設計（jì）

　　圖（tú）3所（suǒ）示為非接觸式軸承密封結構，上端交流伺服電動（dòng）機10與滾珠絲杠螺母12通（tōng）過（guò）聯軸器9聯（lián）接（jiē），為直聯傳動結構。上（shàng）端軸承組為滾珠絲杠的固定端（duān），上端配置迷宮式密封軸套4，阻滯外部灰塵對上（shàng）部軸承組的汙染。電（diàn）動機安裝座11前端配置有（yǒu）防塵蓋板，軸承（chéng）組上部的防塵可（kě）以簡化。上部軸承組的潤滑采用稀（xī）油潤滑，進（jìn）油口和出油口（kǒu）加裝油管接頭，出油管接頭聯接到回油槽中。電動（dòng）機安裝座（zuò）下端和下端軸承座（zuò）分別固定有碰撞緩（huǎn）衝墊3和13，緩衝過行程時造成的激烈碰撞。

 

　　下端軸承（chéng）座可以作為支承端，也（yě）可（kě）以作為固定端使用。作為固（gù）定（dìng）端（duān）可以（yǐ）通過預留迷宮（gōng）式密封軸套1與滾珠絲杠軸肩的間隙，來實現滾珠（zhū）絲杠（gàng）預拉（lā）伸的設計。通過軸肩（jiān）處預裝兩片半圓墊片，控（kòng）製預拉伸量。正式裝配時，取下兩片半圓墊片，通過調整精密鎖（suǒ）緊螺母16的位置和轉矩（jǔ），確保預拉伸量符合裝配（pèi）工藝（yì）的要求。

　　下端軸承組的出油口，用於將沿著滾珠絲杠軸向的（de）潤滑（huá）油或切削液（yè）等在迷（mí）宮式密封軸套1的高速轉動下，將廢油、廢液（yè）甩出。潔淨的（de）潤滑油通過進油口接頭源（yuán）源不斷地送入軸承組內，達到（dào）有（yǒu）效潤（rùn）滑的作用。使用（yòng）過的潤滑油（yóu）經過（guò）軸承組，從軸承防護（hù）罩17的漏油孔排出。

　　當滾（gǔn）珠絲杠水平或（huò）垂直安裝時，由於絲杠的高速運轉，當廢油流經絲杠的溝槽處時，在（zài）離心力的作用下（xià）把（bǎ）一部分油汙沿軸徑向甩出，而未完全甩掉的廢油（yóu）進入到軸承座（zuò）14後，法蘭蓋2與迷宮式密封軸套1形成的迷宮（gōng）結構有效阻止了油汙（wū）的進一步深入，並從（cóng）軸承座底（dǐ）部的漏油孔流出。另外，法蘭蓋2與迷宮（gōng）式密封軸套（tào）1之間形成迷宮結構外，互相間還是小間隙（xì）配合，並且與滾珠絲杠之間也是小間隙配合，這種結構可以（yǐ）起到很（hěn）好的防塵作用。

　　3.結語

　　（1）圖3所（suǒ）示的滾珠絲杠軸承密封（fēng）結構是（shì）集合了迷宮密封、甩油密封及間隙密（mì）封等多種密封方（fāng）式（shì）於一體的組合結構，該結構采用小間隙配合，有效（xiào）阻止外部汙染，使得絲杠軸承組得到（dào）Z佳的防護。

　　（2）可（kě）應（yīng）用於水平和垂（chuí）直安裝進（jìn）給伺服軸，采用主動稀油潤滑方式，軸承組潤（rùn）滑充分，大量的潤滑油可將混入滾道內的（de）汙物及時衝洗幹淨（jìng）。可（kě）通過調（diào）整軸肩間隙的方法（fǎ），實現預拉伸的（de）工藝要求。

　　（3）適合於高速進給伺服軸的設計，尤其是在高速數控機床（chuáng）日益普及的今天，更需要高可靠性免維護的設計結構（gòu）。該（gāi）軸承（chéng）密封結構的設計（jì）已經應用於各類加工中（zhōng）心和（hé）龍門式數（shù）控機床上，經過驗證取（qǔ）得了良好的實（shí）際效果，絲杠軸承組（zǔ）早期失效的現（xiàn）象大大降低，在（zài）整個產品（pǐn）壽命期內可以實現免維護和充分潤滑的效果。
 

來源：《金屬加（jiā）工（冷加工）》2014年15期（qī）