1 前言

    隨著現代化生產的工業自動化程度提高，客戶對自動化、高效率和高精度傳動的要求越來越多。很多傳統的傳動方式已不適合當前產業的需要，滾珠絲杠這種高精度的傳動產品在市場上的需求越來越大。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動，或將扭矩轉換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。
傳統制藥行業壓片機上調整藥片壓模的間隙基本為手動操作，調整精度差，效率低，嚴重制約了制藥廠的生產產能，客戶更改該結構的意愿非常強烈。對于設計工程師而言，如何選配合適的定位精度，選配高性價比的滾珠絲杠，是一項非常重要并且勢在必行的工作。

    2 絲杠的基本要求

    （I） 運動方向：垂直方向
    （Ⅱ）負載大小F：無外加壓力狀況：20-30KG
外加壓力大小：1000KG
    （Ⅲ）運行速度Nm：勻速運行，10rpm
    （Ⅳ）絲杠導程P：5mm
    （Ⅴ）精度要求E：50mm內累積偏差＜0.02mm
    （Ⅵ）有效行程L：120mm

    3 客戶之前結構

    客戶之前結構主要采用手動方式進行動力傳動和定位。

    機構的工作原理：在蝸桿的一端裝有手輪，轉動手輪帶動蝸桿轉動，再由蝸桿帶動斜齒輪，該斜齒輪在軸向上下兩端被限制住，只能作旋轉運動，且同螺母聯為一體，通過斜齒輪和螺母的旋轉運動，帶動直徑為M22mm的升降桿作上升或下降的直線運動。運動到要求的工藝位置后，升降桿就停止不動了，壓藥動作開始進行，壓藥運行期間，壓輪的最大壓力為1噸。而當壓藥品種需要更換時，再手動調節升降桿上升或向下做直線運動到另一工位。

    從運動機理上分析，該機構設計合理，能滿足使用要求。但不足之處也非常明顯：

    （1）靠人工來調整上升或下降距離，自動化程度很低。
    （2）外協加工的升降桿與斜齒輪為非標產品，制造精度難以保證。
    （3）工作效率低。因藥片本體比較小，要求的厚薄精度比較高，只能通過多次的試驗來進行調整。

    4 改進要求

    基于以上存在不足，客戶期望提升設備檔次，操作更加靈活快捷，達到以下要求：

    （1）提升設備的柔性生產能力，快速應對不同規格的藥片生產。
    （2）提高調整效率，減少試驗次數，提高成功率。
    （3）定位精度要求≤0.02mm

    5 改進后結構

    針對客戶的改進要求，客戶對結構進行了調整：擯棄手動操作裝置，改為完全自動化操作和控制的裝置，同時實現更精確的定位要求。為此，客戶對設備進行了結構改進。

    運動機理分析：改進后通過伺服電機11帶動連接間15，再通過鍵與螺母3的連接，帶動螺母旋轉，螺母沿軸向被限位，不能作直線運動，從而帶動滾珠絲杠8作直線運動。進而達到調節滾輪與壓板的間隙，控制藥片厚薄的目的。

    以上結構的好處也非常明顯：

    （1）通過伺服電機帶動滾珠絲杠運動，代替手動搖輪，操作簡單方便，自動化程度得到提升。
    （2）通過選用高精度滾珠絲杠，達到更高的傳動精度。
    （3）應對不同的藥片，可比較快捷達到生產要求，柔性化得到加強。

    結構改進的主要難點在于：

    （1）裝配絲杠的空間比較狹小。
    （2）不同于傳統的絲杠旋轉，螺母作直線運動；客戶要求螺母旋轉，絲杠作直線運動。

    6 滾珠絲杠的選型計算

    6.1 滾珠絲杠軸向負荷的確定

    1、基本額定靜負荷C0定義

    即絲杠軸向靜止的負荷，是指絲杠承受絲杠溝槽與鋼珠接觸點（即螺母與絲杠軸）的永久變形量和鋼珠本身的永久變形量的總和達到鋼珠直徑的0.01%時的最大軸向力。此負荷值即為基本額定靜負荷。

    2、受力分析

    無外力狀況時，軸向負載為30KG，即30kgf
    施加外力時，軸向負載為1噸，即1000kgf
    考慮到設備實際工作狀況，滾珠絲杠在運動狀態（即調節間隙大小時）只受負載平臺自身重力作用，該重量非常小，可不用考 慮。施加外力時，因外力較大，需重點考慮，此時絲杠處于靜止狀態，因而我們參考滾珠絲杠的額定靜負荷值即可。

    3、螺帽形式的選定

    對應施加1000kgf外力工況，參考滾珠絲杠樣本，可查到對應直徑25mm，導程5mm，鋼珠回流圈數4，滾珠絲杠的額定靜負荷值為4100kgf。如圖表1中的數據所示。

                  

                                         圖1

    C0=4100kgf Cj=1000kgf
    C0＞Cj
    由此，初步可選R25-5T4系列滾珠絲杠。

    6.2 滾珠絲杠受力安全系數

因滾珠絲杠僅在靜態時受力，只要受力大小有一定的安全余量即可滿足要求，該安全余量S推薦選3倍以上。根據以下公式進行核算：

     S=
    帶入相應數據，有：
    S===4.1＞3
    故R25-5T4系列滾珠絲杠滿足預期使用要求。

    6.3 滾珠絲杠長度的確定

    客戶在滾珠絲杠軸向運動的調整距離比較小，不超過120mm，同時考慮螺母自身的長度，客戶絲杠長度選為183mm。

    6.4 滾珠絲杠精度的確定

    滾珠絲杠的精度可根據圖表2中的數據來確定。

                  

                                             圖2 

    客戶的有效行程在120mm以內，要求的累積導程偏差在0.02mm以內。根據以上表格，選取精度等級C4即可滿足使用要求。

    6.5 滾珠絲杠型號的最終確定

    綜上核算及精度確認，根據中達滾珠絲杠型號編碼規則，最終滾珠絲杠的型號確定為：R25-5T4-FSI-183-183-C4。

    7 結束語

    在此次藥片機的機構升級改進項目中，主要協助客戶對原手動機構進行了自動化改進，實現了客戶的預期要求；同時對滾珠絲杠的選型、計算進行了詳細分析，選擇了合適的產品。通過此次結構改型成功，客戶在后續的常規機型上，將參考本案全部更換為滾珠絲杠傳動的自動化操作結構。

    相信隨著國內自動化水平的提高，滾珠絲杠這種高端傳動產品將會被越來越多的應用到各行業，進一步滿足客戶對高速、高精的需求。