絲桿的工作原理:
絲桿軸上有一個螺旋線,而螺母上則有與之相配合的螺旋槽,當絲桿軸旋轉時,螺母便沿著絲桿軸的軸向方向移動,將旋轉運動轉化成線性運動。

絲桿的種類:
根據摩擦特性,絲桿可以分為滑動絲桿、滾動絲桿以及靜壓絲桿。

滑動絲桿與滾動絲桿具有不同精度標準:
1)滑動絲桿有4~9共6個等級,精度依次降低,其中4級最高,一般很少使用;5級用于精密儀器與精密機床,如坐標鏜訂、螺紋磨床等;6級用于精密儀器、精密機床和數控機床;7級用于精密螺紋車床、齒輪加工機床及數控機床;8級用于一般機床,如臥式車床、銑床;9級用于刨床、鉆床及一般機床的進給機構。
2)滾動絲桿一般有6~7個精度等級,如在JIS標準中,滾珠絲桿精度等級分為C0、C1、C3、C5、C7、C10共6個等級,而國內等級精度分為P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10共7個等級。

| 滑動絲桿:主要由絲桿、螺母、滑塊和導向裝置等組成。 | 結構簡單,制造方便,常用于恒速傳動領域,如數控機床、注塑機、模壓機等。絲桿通過在螺母中旋轉來傳遞運動,螺母是與絲桿螺距相同的螺紋,與絲桿進行相對運動,滑塊與絲桿一起運動,將旋轉運動轉化為直線運動,導向裝置用來支撐和引導滑塊沿著絲桿軸向方向移動。此外,還包括一些輔助部件,如潤滑系統、密封件等,用于保持絲桿的正常運行和防止外部環境對絲桿的影響?;瑒咏z桿的摩擦阻力較大,傳動效率較低,定位精度和軸向剛度較差。 |
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| 滾珠絲桿:由螺桿、螺母、滾珠和預壓片組成。 | 螺紋軸表面刻有螺紋形狀的凹槽,用于放置滾珠,螺母是與螺紋軸配合使用的零件,內部有與滾珠相匹配的導槽,滾珠位于螺紋軸和螺母之間,預壓片用于對滾珠施加預壓力,消除間隙并提高絲桿的剛度。反向器、防塵器用來保證滾珠絲桿的正常運行和防止外部環境對絲桿的影響。滾珠絲桿相比于普通的梯形絲桿,其在自鎖性、傳動速度、使用壽命、精度和傳動效率方面優勢明顯。滾珠絲桿采用滾珠和鋼球等滾動體,不僅適用于更高速的運動,相對應的機械損耗也較小,其線性運動精度要比滑動類型絲桿更高,并且在傳動精度穩定性方面表現更出色,使用壽命更長。 |
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| 滾柱絲桿:由螺桿、行星滾柱、螺母組成。 | 原理:絲桿是牙型角為90°的多頭螺紋,滾柱是具有相同牙型角的單頭螺紋,其牙型輪廓通常加工成球面,目的是提高承載能力、降低摩擦、提高效率。螺母是具有與絲桿相同頭數和牙型的內螺紋。若干個滾柱沿絲桿圓周方向均勻分布,當絲桿旋轉時,滾柱既繞著絲桿軸線公轉,又繞自身軸線自轉。滾柱與螺母具有相同的螺旋升角,與螺母嚙合時能夠確保純滾動并且沒有相對軸向位移。
特點:滾柱絲桿在滿足精度的同時,承載能力大大加強,但是其結構復雜、加工難度大和成本較高。滾柱絲桿采用滾柱作為滾動體,相比滾珠絲桿具有更大的接觸面積,能夠承受更大的負荷和沖擊,因此具有高剛性和高效率的特點。另外,制造精度和傳動精度都很高,能夠保證設備的精確定位和穩定運動。 |
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| 靜壓絲桿:由絲桿、螺母、液壓缸、油管、油泵以及控制閥等構成。
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絲桿為外螺紋,螺母為內螺紋,絲桿和螺母運動需要的壓力由液壓缸提供,油管用于傳輸液壓油,油泵為液壓系統提供動力,控制閥用于控制液壓油的流量和方向,從而控制絲桿和螺母的運動方向和速度。靜壓絲桿常應用于精密機床及數控機床的進給機構中,工作原理是通過液壓系統將壓力油進入到螺紋牙上的油腔內,在接觸面上形成壓力油膜產生平衡液壓力,在螺母和螺桿之間有一層壓力油膜,使絲桿副與螺母不直接接觸,在壓力油膜上滑動,零件之間處于液體摩擦狀態。靜壓油膜位于靜壓螺母和精密絲桿之間,靜壓螺母和絲桿本身并不接觸,因此幾乎沒有磨損,具有很好的減震性和靜音性。靜壓絲桿的摩擦阻力很小,磨損小,效率高。其螺紋牙形與標準梯形螺紋牙形相同,目的在于獲得良好油封及提高承載能力,但是調整比較麻煩,而且需要一套液壓系統,工藝復雜,成本較高。 |
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滾柱絲桿與滾珠絲桿相比的優勢:
(1)滾柱與絲桿接觸半徑更大,且所有滾柱同時參與嚙合,接觸點多,比滾珠絲桿在相同絲桿直徑下承載能力提高6倍、相同負載下比滾珠絲桿節省1/3空間、壽命提高14倍、工作環境溫度范圍提高2倍。當滾柱絲桿直徑為120 mm時,其推力可達120 t。
(2)滾柱絲桿用滾動摩擦代替滑動摩擦,與滾珠絲桿傳動效率相當,潤滑良好的情況下效率可達90%。
(3)滾柱相對于螺母沒有軸向運動,因此具有加速、旋轉和減速的能力,轉速可達6000 r/min,直線速度2 m/s,加速度7000rad/s2,滾珠絲桿難以做到。
(4)采用行星機構控制滾柱運動,不需要滾動件循環裝置,且高速運轉時產生的振動噪聲較小。
| 絲桿分類??????????????????????????????????????????? | 細分品類 | 圖示???? | 優勢 | 劣勢 |
| 滑動絲桿 | 梯形絲桿等 | ![]() |
結構相對簡單,制造成本較低,具備自鎖能力 | 容易磨損,使用壽命相對較短,且無法達到高精度的傳動效果 |
| 滾動絲桿 | 滾珠絲桿 | ![]() |
傳動效率高,線性運動精度高于滑動絲桿,傳動可逆,可實現高速進給和微進給,售價較滾柱絲桿低 | 制造難度較大,承載能力較低 |
| ? | 滾柱絲桿 | ![]() |
在定位精度、速度、加速度、使用壽命、承載力、傳動效率、剛度方面優于滾珠絲桿 | 結構復雜,制造難度高,制造成本高,售價高 |
| 靜壓絲桿 | ![]() |
摩擦阻力很小,磨損小,效率高;運行時沒有哚音和振動;傳動精度高; | 對油膜的要求高;油膜厚度受溫度和壓力的影響較大,對工作環境的要求較高;需要專門的液壓系統來提供壓力油,增加了系系統復雜性和成本 |
絲桿部件加工難度高,對設備要求高。
絲桿有淬硬絲桿和不淬硬絲桿兩種,前者的耐磨性較好,能較長時間保持加工精度,但加工工藝復雜,必須有高精度的螺紋磨床和專門的熱處理設備,而后者只需要精密絲桿車床。絲桿是細長柔性軸,剛性較差,結構外形復雜,有很高的螺紋表面要求,還有階梯、溝槽等,所以,在加工過程中易出現變形,因此對加工工藝的要求很高。而螺母的內螺紋要求與絲桿外螺紋精確匹配,對精度的要求同樣還很高。此外,高精度滾珠絲桿需要對螺紋、溝槽進行精磨加工,生產效率難以提高。
加工難點:
(1)對外圓和螺紋需要分多次加工,逐步減少切削量,從而逐步減少切削力和內應力,減少加工誤差,提高加工精度。
(2)每次粗加工外圓及粗加工螺紋后都要進行時效處理,以便消除內應力。絲桿的精度要求越高,時效處理的次數也越多。
(3)每次時效處理后都要重新打中心孔或修磨中心孔,以修止時效處理時產生的變形;并除去氧化皮等,使加工有可靠而精確的定位基面。
(4)每次加工螺紋前,先加工絲桿外圓(切削量很小),然后以絲桿外圓和兩端中心孔作為定位基面加工螺紋,逐步提高螺紋加工精度。
絲桿加工工藝類型:
| 冷軋 | 優勢是簡單,步驟短,但是采用冷加工工藝、用模具壓出,精度偏低,僅能達到P7級別。 | ![]() |
| 旋風銑 | 旋風銑是刀盤帶動刀具作高速旋轉運動,工件緩慢軸向進入,刀具作徑向深入切削。優點是生產效率高,并能達到一定的精度(P3級,截形輪廓精度±5μm,圓柱度5μm,表面粗糙度值Ra=0.4μm)。對應的設備為旋風銑床 | ![]() |
| 硬車 | 又稱之為以車代磨,其采用螺紋滾道硬車削技術,生產速度快、加工效率高,但是精度沒有磨床的精度高。對應的設備為車床。 | ![]() |
| 砂輪磨削 | 以先車后磨的方式進行加工制造生產,先把原材料車削到一定精度,再用專用絲桿磨床先粗磨再精磨到所需要的尺寸。這種加工方式優點是精度高,可以達到P1級別 | ![]() |
| 可加工部件 | 精度 | 生產效率 | 設備價格 | |
| 旋風銑 | 螺桿,行星滾柱(可以加工螺紋軌道,但是兩端的類似齒輪結構難以加工) | 偏低。精度可以達到P3級別。
刀具變形:刀具旋轉速度快,刀具易磨損。 切?削?熱?:刀盤高速旋轉,產生的切削熱量相對較多,熱量多容易導致絲桿變形。 表而粗糙度:刀具磨損和熱量波動會影響加工的穩定性,導致表面粗糙度難控制。 |
高,刀盤帶動刀具作高速旋轉運動,工件緩慢軸向進入,刀具作徑向深入切削,生產速度比車削更快,適合大批量生產。 | 主要設備是旋風銑床,相比較與砂輪磨,硬車而言,偏低。價格預計在50萬左右。 |
| 硬車 |
螺桿、行星滾柱、螺母(可以,但需要對刀頭做一些更改,穩定性較難保持?) | 加工精度比砂輪磨要低。精度可以達到P2-P3級別。 刀具變形:如果刀具剛度不足或切削用量過大,可能會導致刀具變形,進而影響加工精度。 切?削?熱?:由于切削速度和切削厚度較高,會產生切削熱,導致工件變形,從而影響加工精度。 表而粗糙度:可能因為刀具的磨損和加工狀態的波動,導致加工表面的粗糙度不易控制。 |
通常來用高轉速、大切深,金屬切除效率是磨削加工的3倍多,生產速度比砂輪磨要快、加工效率較高 | 主要設備是車床,價格比旋風銑床要高,但是低于砂輪磨床。 價格50萬左右。 |
| 砂輪磨 | 螺桿、行星滾柱、螺母 | 精度高,可以達到P1級別。
刀具變形:由于磨輪的顆粒小,分布均勻,可以減小磨劑刃口與工件接觸面積,從而降低切削力和熱變形所造成的誤差,實現更高的加工精度。 切?削?熱?:由于磨粒的切削速度校低,切削厚度較小,產生的切削熱較少,固此對加工精度的影響也較小。 表而粗糙度:由于磨輪的顆柱小,分布均勻,所以磨削能夠實現更高的表面精度和亮度。 |
用定制化絲桿磨床先粗磨,再半精磨,再精磨,生產速速度不高。對一副行星滾柱絲桿,一般2個小時完成, 一天大概10副。 | 主要設備是外螺紋磨床、內螺紋磨床。高精度設備
目前主要為進口,價格偏高。 |
| 制造流程 | ||
| 梯形絲桿 | 流程 | 冷拔→滾花→銑絲→校正→鉆孔→切斷→倒角 |
| 設備 | 旋風銑削絲桿設備 | |
| 特點 | 梯形絲桿開始采用車削加工,工藝路線包括“冷拔→滾花→車螺紋→校正→鉆孔→切斷→倒角”,但是這種加工方式效率低下、成本高。并且由于小圓鋼剛度低,車削、滾花時容易變形,不能生產小號螺輪。為此旋風銑削絲桿設備被設計出來,不僅可以提高轉速,還能夠將銑絲、滾花一次完成。改進后的工藝減小了表面粗糙度,減少由切削力引起的震動,但是增加了小徑工件螺距累積誤差(大徑工件變形較?。?。梯形絲桿成本低,安裝簡單,但是摩擦系數大,精度達不到高標準。 | |
| 滾珠絲桿 | 流程 | 滾珠絲桿 螺桿部分生產程序:
備料→球退(或調質)→粗車→半精車→銑→校直→修中心孔→淬火→校直→粗磨外圓→粗磨滾道→校直→研中心孔→精磨外圓→精磨滾道 滾珠絲桿 螺母部分生產程序: 毛坯料→精車→切邊→鉆孔→攻牙→熱處理→精車→磨外圓→磨內螺紋→裝珠→裝配→校直→研中心孔→精磨外圓→精磨滾道 |
| 設備 | 螺紋磨床 | |
| 特點 | 滾珠絲桿的加工難度高于梯形絲桿,機械加工工藝一般包括切削加工(精車,半精車外圓、螺紋)-熱處理-磨削加工(精磨,半精磨外圓、螺紋)等。 | |
| 行星滾柱絲桿 | 流程 | 絲桿工藝流程
絲桿毛坯→預備熱處理→校直→加工斷面及中心孔→粗車→高溫時效并檢驗→加工斷面及修中心孔→半精車→銑→粗磨→感應淬火并檢驗→研中心孔→粗磨→探傷→時效處理并檢驗→研中心孔→半精磨→低溫時效并檢驗→銑鍵槽→磨端部螺紋→研中心孔→精磨→入庫 螺母加工流程 螺母毛坯→預備熱處理→粗車→高溫時效并檢驗→半精車→銑螺紋→粗磨→滲碳淬火并檢驗→粗磨→探傷→時效處理并檢驗→半精磨→低溫時效并檢驗→精磨→入庫 滾柱加工流程 滾柱毛坯→預備熱處理→校直→加工端面及中心孔→粗車→高溫時效并檢驗→加工斷面及中心孔→半精車→滾齒→銑→粗磨→表面氮化并檢驗→研中心孔→粗磨→探傷→時效處理并檢驗→研中心孔→半精磨→低溫時效并檢驗→銑鍵槽→磨端部螺紋→研中心孔→精磨→入庫 內齒圈加工流程 下料→鍛造齒坯→去應力退火→粗車→調質→半精車→插齒→氮化→強力噴丸→磷化處理→修整呢個毛刺,清潔表面→成品齒輪配對檢驗 |
| ? | 設備 | 螺紋磨床 |
| ? | 特點 | 反向式行星滾柱絲桿的螺母很長、還是內螺紋,加工時還需要有一個傾斜角,砂輪進去磨,精度很難掌控,砂輪是單邊支撐,螺母越長,砂輪就越要往里面走,砂輪伸得越長、抖動越厲害,很細微的抖動,那么公差都達到微米級別,所以里面公差難以控制。反向式行星滾柱絲桿,需要定制化的專機磨床。從加工上看,由于行星滾柱絲桿依靠零件間的螺紋嚙合實現傳動功能,其螺紋的加工精度將直接影響系統的傳動精度、使用壽命、與平穩性,而磨削是高精度絲桿螺紋的主要加工方法,磨削的實質是砂輪的表面有很多磨粒劃擦、刻劃和切削工件表面,使用螺紋磨床高速旋轉的成型砂輪對加工工件表面進行高速切削,因此,高精度磨床設備成為了行星滾柱絲桿加工生產的核心壁壘。 |
絲桿作為一種重要的機械傳動部件,在眾多領域發揮著關鍵作用。隨著制造業的不斷發展,對絲桿的性能和精度要求將持續提高,相信在技術的不斷進步下,中國在絲桿加工工藝方面也將不斷優化,從而更好地滿足各行業日益增長的需求,推動機械傳動領域的進一步發展。
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