【文章內(nèi)容簡介】 Z向步進(jìn)電機(jī)與進(jìn)給滾珠絲杠的聯(lián)結(jié) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，采用伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲桿連接。一般采用連軸器直連，齒形同步帶連接或運(yùn)用齒輪相連。在許多場合，因結(jié)構(gòu)上的限制。特別是才用的伺服電機(jī)或混合式步進(jìn)電機(jī)后，連軸器直連便成為電機(jī)與滾珠絲桿最為常見的的連接方法。) F3 M3 d F% G4 x7 \。 n, K. _ 由于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)速度快，如快進(jìn)，快退的速度有是高速達(dá)20M/MIN以上，在整個(gè)過程中正反轉(zhuǎn)換頻繁。連軸器承受的瞬間沖擊較大，容易引起連軸器松動(dòng)和扭轉(zhuǎn)，隨使用時(shí)間的增長，其松動(dòng)和扭轉(zhuǎn)的情況加劇。實(shí)際加工時(shí)主要表現(xiàn)為各方向運(yùn)動(dòng)正常，編碼器反饋也正常，系統(tǒng)無報(bào)警，而運(yùn)動(dòng)卻始終無法與指令值相符，加工誤差越來越大，甚至造成加工零件的報(bào)廢。出現(xiàn)這種情況時(shí)，建議檢查一下連軸器。 7 H3 Q9 W, O7 Eamp。 @連軸器按結(jié)構(gòu)可分為剛性連軸器和繞性連軸器兩種形式，可按其結(jié)構(gòu)分別加以處理。 （1）剛性連軸器剛性連軸器目前主要采用連軸套和錐銷的連接方法，而且大多進(jìn)給電機(jī)軸上都備有平鍵。這種連接經(jīng)過一段時(shí)間使用圓錐銷開始松動(dòng)，鍵槽側(cè)面的間隙逐漸增大，有時(shí)甚至引起錐銷脫落，造成加工零件尺寸不穩(wěn)定，解決的方法有兩種： ! J ?) u S3 g2 y1 ①采用特制的小頭帶有螺紋的圓錐銷，用螺母加彈性墊片鎖緊，防止圓錐銷因快速轉(zhuǎn)換而引起的松動(dòng)。該方法能很好的解決圓錐銷松動(dòng)的問題。彈性銷具有一定的彈性，能分解部分平鍵承受的餓的扭矩。當(dāng)然這種方法因圓錐銷小頭有螺母，必須確保連軸器有一定的回轉(zhuǎn)空間。 ②采用一大一小的彈性銷取代圓錐銷連接，這種方法雖沒有用圓錐銷的連接的精度高，但能很好的解決圓錐銷松動(dòng)問題，彈性銷具有一定的彈性，能分解部分平鍵的扭矩，而且結(jié)構(gòu)緊湊，裝配也十分方便。經(jīng)在維修中應(yīng)用，效果很好，但裝配時(shí)要注意，大小彈性要求互成180度裝配，否則會(huì)影響零件加工的精度。 % T% m4 t% X1 N c（2）繞性連軸器 繞性連軸器是數(shù)控機(jī)床廣泛采用的連軸器，它能補(bǔ)償因同軸度及垂直度誤差引起的“干涉”現(xiàn)象。在結(jié)構(gòu)容許的情況下，大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用繞性連軸器。但繞性連軸器裝配是很難把握錐套的松緊，如果錐形套漲開后的摩擦力不足，就使絲桿軸頭與電機(jī)軸頭之間產(chǎn)生相對的滑移扭轉(zhuǎn)，造成數(shù)控機(jī)床工作運(yùn)行中，被加工零件的尺寸呈現(xiàn)有規(guī)律的逐漸變化（有大變小或由小變大——，每次的變化基本是恒定的。如果調(diào)整機(jī)床快速移動(dòng)速度后，這個(gè)變化量也會(huì)起變化，此時(shí)CNC系統(tǒng)并不報(bào)警，因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是正常的。一旦機(jī)床出現(xiàn)這種情況，單純靠擰緊兩端螺釘?shù)姆椒ú灰欢ㄗ嘈А＝鉀Q方法是設(shè)法鎖緊連軸器的彈性錐形套，若錐形套過松，可將錐形套軸向切開一條縫，擰緊兩端的螺釘后，就能徹底消除故障。 綜上，連軸器直連便成為電機(jī)與滾珠絲桿最為常見的的連接方法。 傳動(dòng)形式的選擇 由于選擇的傳動(dòng)類型、傳動(dòng)方式、傳動(dòng)剛性以及傳動(dòng)的可靠性對機(jī)電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性有重大影響。因此應(yīng)選擇傳動(dòng)間隙小、精度高、體積小、重量輕運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的傳動(dòng)部件。本設(shè)計(jì)X、Y工作臺的運(yùn)動(dòng)方式選擇絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)形式。它主要用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。絲杠螺母機(jī)構(gòu)有滑動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)之分。（1）滑動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；制造成本低；具有自瑣功能。缺點(diǎn)：摩擦阻力大；傳動(dòng)效率低。（2）滾動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：摩擦阻力小；傳動(dòng)效率高。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜；制造成本高。綜上結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況選用滾動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)。根據(jù)絲杠和螺母相對運(yùn)動(dòng)的組合情況起基本傳動(dòng)形式有以下四種：①螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；可消除絲杠軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動(dòng)；可獲得叫高的 傳動(dòng)精度；缺點(diǎn)：軸向尺寸不易太長；剛性較差。適用范圍：工作行程較小的場合。②絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊；剛性較好、軸向剛度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)精度高、不易磨損、使用壽命長；缺點(diǎn)：必須限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)需加導(dǎo)向裝置、不能自鎖，在用作升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)需采取制動(dòng)裝置，適用范圍：工作行程較大的場合。 ③螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲杠移動(dòng) 它需要限制螺母移動(dòng)個(gè)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)其結(jié)構(gòu)復(fù)雜切占用軸向空間較大 故很少使用。④絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單緊湊。缺點(diǎn)：使用不方便 一般也很少使用。綜上結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況選用第二種。 滾珠絲杠副的參數(shù)（1）螺距t 根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求 選擇t=10。（2）名義直徑D0 按工作滾珠中心圓而定的直徑稱為名義直徑D0，它與承載能力有關(guān)，對于數(shù)控機(jī)床常用的進(jìn)給絲杠，其名義直徑一般為20~80毫米。（3）滾珠直徑d0 滾珠絲杠副的滾珠直徑d0是按軸承廠家制造的滾珠尺寸來選用，從承載能力而言，滾珠直徑盡可能選大一點(diǎn)。但螺距t確定后，滾珠直徑d0是受絲杠相鄰兩螺紋間的凸起部分所限制。一般而言，本設(shè)計(jì)選取d0=3毫米（4）滾珠的工作圈數(shù)j和工作滾珠總數(shù)N 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)滾珠第一圈所受的軸向負(fù)載約占總負(fù)載的50%，第二圈約30%，第三圈約20%。因此，滾珠絲杠螺母副中每個(gè)循環(huán)回路滾珠的工作圈數(shù)j=~，工作圈數(shù)j。關(guān)于滾珠總數(shù)N，一般不超過150個(gè)，做到分布均勻且能承受足夠的負(fù)載。 滾珠絲杠副的組成及特點(diǎn) 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它由絲桿、螺母、滾珠、反向器 四部分組成。當(dāng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動(dòng)的逼和通路。滾珠絲杠副與滑動(dòng)絲杠副相比，除了上述優(yōu)點(diǎn)外，還具有周向剛度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)精度高、不易磨損、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型（1）螺紋滾道型面（法向）的形狀及主要尺寸我國生產(chǎn)的滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧型和雙圓弧型。滾道型面與滾珠接觸點(diǎn)，法線與絲杠軸向之垂線間的夾角β稱為接觸角，一般為45度。單圓弧型的螺紋滾道的接觸角隨軸向載荷大小的變化而變化，主要由軸向在乎所引起的接觸變形的大小而定。Β增大是，傳動(dòng)效率、軸向剛度以及承載能力也隨之增大。由于單圓弧型滾道加工用砂輪成型較簡單，故容易得到較高的加工精度。單圓弧型面的滾道圓弧半徑R稍大于滾珠半徑rb。 螺紋滾道法向截面形狀雙圓弧型的螺紋滾道的接觸角 β在工作過程中基本保持不變。，兩圓弧相交處有一小空隙。可使?jié)L道底部與滾珠不接觸，并能存儲(chǔ)一定的潤滑油以減小摩擦磨損。由于對加工取型面的砂輪進(jìn)行修整和加工、檢驗(yàn)均較困難，故加工成本較高。故本設(shè)計(jì)采用單圓弧型的螺紋滾道。（2）滾珠的循環(huán)方式分內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與四桿表面保持接觸；外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)反向時(shí)，離開絲桿螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或外做循環(huán)運(yùn)動(dòng)分三中形式。 ①螺旋槽式； ②插管式； ③蓋端式。本設(shè)計(jì)選用外循環(huán)螺旋槽式。 外循環(huán)的滾珠絲杠 外循環(huán)螺旋槽式 圖4—4 外循環(huán)螺旋槽式圖4—4 外循環(huán)螺旋槽式 外循環(huán)螺旋槽式 滾珠絲杠的支撐形式選擇 滾絲杠副的安裝方式一般叫做滾珠絲杠副的支承形式，通常共四種典型的支承形式，支承形式不同，所容許的軸向載荷和容許的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速也有所不同，應(yīng)根據(jù)工況適當(dāng)選擇。為便于評估，絲杠旋轉(zhuǎn)類每種支承形式后面給出表征其穩(wěn)定性的“穩(wěn)定性系數(shù)K2”，K2越大表示該形式越穩(wěn)定。 （1）固定—固定”型：K2=4 適用于高轉(zhuǎn)速、高精度的場合。該形式兩端分別分別由一對軸承約束軸向和徑向自由度，負(fù)荷由兩組軸承副共同承擔(dān)。也可以使兩端的軸承副承受反 向預(yù)拉伸力，從而提高傳動(dòng)剛度。在定位要求很高的場合，甚至可以根據(jù)受力情況和絲杠熱變形趨勢精確設(shè)定目標(biāo)行程補(bǔ)償量，進(jìn)一步提高定位精度?！肮潭ā潭ā毙陀袝r(shí)也被 片面地叫做“雙推－雙推”，由于此形式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，調(diào)整較難，因此一般僅在定位要求很高時(shí)采用。 （2）“固定—游動(dòng)”型：K2=2 適用于中轉(zhuǎn)速、高精度的場合。該形式一端由一對軸承約束軸向和徑向自由度，另一端由單個(gè)軸承約束徑向自由度，負(fù)荷由一對軸承副承擔(dān)，游動(dòng)的 單個(gè)軸承能防止懸臂撓度，并消化由熱變形產(chǎn)生的應(yīng)力?！肮潭ā蝿?dòng)”型有時(shí)也被片面地叫做“雙推－支承”。此形式結(jié)構(gòu)較簡單，效果良好，應(yīng)用廣泛。 （3）“支承—支承”型：K2=1 適用于中轉(zhuǎn)速，中精度的場合。該形式兩端分別設(shè)一個(gè)軸承，分別承受徑向力和單方向的軸向力，隨負(fù)荷方向的變化，分別由兩個(gè)軸承單獨(dú)承擔(dān)某一方向的力。由于支承點(diǎn)隨受力方向變化，定位可控性較低。此形式結(jié)構(gòu)簡單，受力情況較差，應(yīng)用較少。 （4）“固定—自由”型：K2= 適用于低轉(zhuǎn)速，中精度，軸向長度短的場合。該形式一端由一對軸承約束軸向和徑向自由度，另一端懸空呈自由狀態(tài)，負(fù)荷均由同一對軸承副承擔(dān)，并且需克服絲杠回轉(zhuǎn)離心力造成的彎矩。“固定—自由”型有時(shí)也被錯(cuò)誤地叫做“雙推－自由”。此形式結(jié)構(gòu)簡單，受力情況差，但在行程小、轉(zhuǎn)速低時(shí) 也經(jīng)常用到。 Z向進(jìn)給滾珠絲杠副的計(jì)算與校核 刀具選用材料為高速鋼麻花鉆，加工材料為45號鋼，鉆削軸向力和扭矩M的經(jīng)驗(yàn)公式如下。（查[1] 第七篇公式()和()） N （1） Nm （2）式中，、——軸向力、扭矩系數(shù)； ——切削速度，m/min；、——速度系數(shù)；d——鉆孔直徑，mm；、——鉆孔直徑系數(shù)；f——進(jìn)給量，mm；、——進(jìn)給量系數(shù)。 、d、f見畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書, 查[1]，=，=，=，=, =,=，=，=，代入式（1）和（2）求出F和M。 = =47595Nm （1）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程Ph （3）—滾珠絲杠副的計(jì)算導(dǎo)程，mm； —脈沖當(dāng)量，mm/step；—步距角，186。；和見任務(wù)書。 i—傳動(dòng)比。因鉆床伺服電機(jī)與滾珠絲杠副通過聯(lián)軸器直接傳遞力矩，因此傳動(dòng)比i=1，則