【文章內(nèi)容簡介】 4－螺母 滾珠絲杠螺母副是在絲杠和螺母之間放入適當(dāng)數(shù)量的滾珠，靠滾珠的滾動將絲杠的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為螺母的直線運動。由于絲杠和螺母之間為滾動摩擦，所以滾珠絲杠螺母副的摩擦小，轉(zhuǎn)動銷路和轉(zhuǎn)動精度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于滑動絲杠螺母副。特別要求機(jī)械機(jī)構(gòu)的傳動間隙小，摩擦阻力小。為此設(shè)計和選用機(jī)械動機(jī)構(gòu)時，必須考慮以下幾個方面的問題：（1）減小摩擦阻力：為了提高數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性，除了對伺服元件做出要求外，還必須減小運動件的摩擦阻力和動靜摩擦里之差。機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的摩擦阻力，主要來自絲杠螺母副的導(dǎo)軌．在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，為了減少摩擦阻力，普遍采用滾珠絲杠螺母副。 （2）提高傳動精度和剛度，消除傳動間隙．進(jìn)給傳動系統(tǒng)的傳動精度和剛度，主要取決于絲杠螺母副及其支撐機(jī)構(gòu)的剛度．傳動間隙主要采源于傳動齒輪副、蝸輪副、聯(lián)軸 11副、絲杠螺母副及其支撐部件之間，應(yīng)施加于今力和采取間隙的結(jié)構(gòu)措施。 （3）減小運動慣量，傳動元件的慣量對伺服機(jī)構(gòu)的起動和制動特性都有影向，尤其是處于運轉(zhuǎn)的零件，其慣性的影響更大。因此在滿足部件強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減小執(zhí)行部件的重量，減小旋轉(zhuǎn)部件的直徑和重量，以減小運動部件的慣量。 滾珠絲杠副的原理、特點及有關(guān)應(yīng)用中的問題 在絲杠和螺母上都有半圓弧行的螺行槽，當(dāng)它們套裝在一起時便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠回路管道，將兒圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在軌道內(nèi)既有自轉(zhuǎn)又沿軌道循環(huán)轉(zhuǎn)動，迫使螺母(或絲杠)軸向移動。滾珠絲杠螺母副中是滾動摩擦，它有以下特點：（1）摩擦損失小，傳動效率高，可達(dá) 90％～96％（2）采用雙螺母預(yù)緊后，可以很好的消除間隙，提高了傳動剛度。（3）摩擦阻力小，動摩擦力之差極小，能保證運動平穩(wěn)，易產(chǎn)生低速現(xiàn)象，磨損小，壽命長，精度保持性好。不能自鎖，有可逆性，既能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動?；?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，因此絲杠立式使用時，應(yīng)增加制動裝置。（4）運動速度受一定的限制，傳動速度過高時，滾珠在其回路管道內(nèi)易產(chǎn)生卡現(xiàn)象。（5）給與適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛性好。（6）運動不平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動進(jìn)度高。（7）有可逆性，可以旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即螺母和絲杠都可以作為主運動件。 滾珠絲杠副的支撐螺母座，絲杠的軸承及其支架等剛度不足將嚴(yán)重影響滾珠絲杠副的傳動剛度，因此螺母座應(yīng)有加強(qiáng)筋，以減少受力后的變形；螺母與床身的接觸面積應(yīng)大一些，其連接螺釘?shù)膭偠纫矐?yīng)高。滾珠絲杠常用推力軸承支撐，以提高剛度（當(dāng)滾珠絲杠的軸向負(fù)載很小時，也可以用角接觸軸承支撐） 。在機(jī)床上的安裝支撐方式有：一端裝推力球軸承，另一端裝向心球軸承；兩端裝推力軸承；兩端裝推力軸承及向心球軸承。（1）滾珠絲杠副的軸向間隙調(diào)整常用的雙螺母絲杠消除間隙方法有：墊片調(diào)隙式，螺紋調(diào)隙式，齒差調(diào)隙式。本設(shè)計中采用螺紋調(diào)隙式，螺母一端有凸緣，而另一端是螺紋結(jié)構(gòu)，用兩個圓螺母把墊片壓在螺母座上，左右螺母和螺母座上加工有鍵槽，采用平鍵連接，使螺母在螺母座內(nèi)可以軸向滑移而不能相對轉(zhuǎn)動。調(diào)整時，只要擰緊圓螺母使落幕向一邊滑動，就可以改變兩螺母的間距，即可消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力。另一螺母為鎖緊螺母，調(diào)整完畢后將兩個螺母并緊，可以防止在工作中螺母松動。這種調(diào)整方式具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、調(diào)整方便的優(yōu)點，但調(diào)整預(yù)緊量不能控制。（2）滾珠絲杠的循環(huán)方式常用的循環(huán)方式有兩種：滾珠在滾動過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)如圖 3—2 所示： 121234圖 3—2 滾珠的內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)圖1－絲杠 2－反向器 3－螺母 4－滾珠外循環(huán)如圖 3—3 所示： 5678圖 3—3 滾珠的外循環(huán)結(jié)構(gòu)圖1－絲杠 2－螺母 3－螺母座 4－圓螺母 5－圓螺母 6－墊圈 7－方鍵 8－滾珠（3）滾珠絲杠副的選用目前我國滾珠絲杠螺母副的精度標(biāo)準(zhǔn)為四級：普通級 A 、標(biāo)準(zhǔn)級 B、精密度級 J 和超精度級 C。一般的數(shù)控機(jī)床可選用標(biāo)準(zhǔn)級 B。滾珠絲杠副的支撐和制動方式為提高傳動剛度，不僅應(yīng)合理確定滾珠絲杠螺母副的參數(shù)，而且螺母座的結(jié)構(gòu)、絲杠兩端的支撐形式以及它們與機(jī)床的連接剛度也有很大影響。因此螺母座的孔與螺母之間必須有良好的配合，保證孔與端面的垂直度，螺母座應(yīng)增添鋼筋，加大螺母座和機(jī)床結(jié)合面的接觸面積，來提高螺母座的局部剛度。為了提高螺母支撐的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動軸承及其支承方式是十分重要的。常用的支承方式有以下幾種：1） 一端裝上推力軸承 這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適用于短絲杠，如數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降環(huán)節(jié)或數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)系。 132） 一端裝上推力軸承，一端裝上向心軸承 滾動絲杠較長時，一端裝上推力軸承，另一端裝上向心軸承 ，為了減少絲杠熱變形的影響，止推軸承的安裝應(yīng)遠(yuǎn)離熱源及絲杠的常用端。3）兩端裝止推軸承這種安裝方式對熱伸長較為敏感。4） 兩端裝止推軸承和裝向心軸承這種結(jié)構(gòu)方式可使絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力，但設(shè)計時要注意提高止推軸承的承載能力和支架剛度。滾珠絲杠副的傳動效率很高，但不能自鎖，用在垂直傳動和水平放置的高速大慣量傳動中，必須有制動裝置。常用的制動方法有超越離合器、電磁離合器或者使用具有制動裝置的伺服電動機(jī)。滾珠絲杠必須采用潤滑油或鋰基油脂進(jìn)行潤滑，同時要采用防塵密封裝置。（4）滾珠絲杠副的潤滑與防護(hù)使用潤滑劑可以提高滾珠絲杠的耐磨性和傳動效率。潤滑劑可用 20 號或 30 號機(jī)械油，90～180 號透平油或 140 號主軸油，可從螺母殼體的油孔（如裝配圖中所示）注入螺母內(nèi)的空間。絲杠預(yù)緊后，軸向間隙減小，當(dāng)硬質(zhì)灰或切削等污物落入螺紋軌道內(nèi)，就會妨礙滾珠的運轉(zhuǎn)，并加快磨損，因此必須有防護(hù)裝置。常用的防護(hù)裝置有：密封圈和防護(hù)罩。防護(hù)罩的形式有錐形套管，伸縮套管和折疊式的塑料或人造革防護(hù)罩等。對防護(hù)材料的性能要求：耐油，耐腐蝕，耐高溫和耐用等。①縱向滾珠絲杠略②橫向滾珠絲杠橫向滾珠絲杠也采用三點支承形式，步進(jìn)電動機(jī)一般都安裝在床鞍的后部，近操作者一端，布置一根短軸，通過一個聯(lián)軸套與滾珠絲杠聯(lián)接起來。利用車床原橫向進(jìn)給絲杠的滑動軸套作為徑向支承，并對原支承處進(jìn)行適當(dāng)改裝，布置一對推力球軸承，以實現(xiàn)軸向支承。在遠(yuǎn)離操作者一端，用一個聯(lián)接軸和一根聯(lián)接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸聯(lián)接起來。滾珠螺母直接固定在中滑板上。車床傳動在其橫向支承機(jī)構(gòu)如圖 3—4 所示：圖 3—4 橫向支承結(jié)構(gòu)圖 采用的是一端裝推力球軸承，另一端裝向心球軸承其示意圖如圖 3—5 所示： 14 圖 3—5 車床橫向支承軸承示意圖 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題利用螺母的間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠副間隙時，應(yīng)使調(diào)整后產(chǎn)生的預(yù)緊力為絲杠副最大負(fù)載的 1/3 為宜。在實際調(diào)整中，可以把車床處于最大工作負(fù)載，使絲杠內(nèi)部仍不產(chǎn)生間隙，或者間隙量小于 ，而且運轉(zhuǎn)靈活，并以此作為螺母間隙調(diào)整預(yù)緊量的判斷標(biāo)準(zhǔn)。傳動絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔應(yīng)按十字分布方式進(jìn)行配作。這是因為同一聯(lián)軸套上分布的錐銷孔都由同一方向加工時，往往會引起軸心線的直線度誤差增大，從而使安裝在傳動絲杠上各零件間的同軸度誤差增大，產(chǎn)生傳動附加載荷，影響絲杠副的傳動性能。消除齒輪間隙的方法很多，用調(diào)整中心距的方法是最簡單的一種。安裝時將大齒輪所在支承架轉(zhuǎn)動中心與絲杠對中，首先固定，然后把電動機(jī)小齒輪按無間隙齒合，調(diào)整好中心距，再固定。滾珠絲杠副的制造精度要求高，加工工藝比較復(fù)雜，都是由專業(yè)化工廠按系列化進(jìn)行生產(chǎn)。因此，在進(jìn)行設(shè)備改造時，要按廠家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。選擇合適以后，在決定被改造設(shè)備的其它相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。主軸脈沖發(fā)生器的引出軸與車床主軸按1：1 無間隙柔性連接傳動，連接后應(yīng)保證兩者有很好的同步性。安裝中要注意主軸脈沖發(fā)生器是玻璃器件，不能隨意敲打碰撞。使用中車床主軸轉(zhuǎn)速不能超過主軸脈沖發(fā)生器的最高轉(zhuǎn)速。 C6140車床數(shù)控化改造機(jī)械部分改造設(shè)計與計算機(jī)械部分設(shè)計內(nèi)容包括：傳動元件的設(shè)計計算及選用，運動部件的慣性計算，伺服電動機(jī)的選擇等。 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計　已知條件：工作臺重量：W=80kgf=800N加速時間常數(shù)：t=25 ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L 0=6 mm快速進(jìn)給速度：υ max=2m/min切削力計算 由《機(jī)床設(shè)計手冊》可知，切削功率 Pc=Pηκ 式中 P—電動機(jī)功率（kW），C6132 型車床 P=4kW； 15η—主傳動系統(tǒng)總效率，一般為 ～，取 η=；κ—進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 κ=。則 P c=4**= 切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力（或扭矩）和最大切削速度（或轉(zhuǎn)速）來計算，即Pc=Fzυ10 3/60或 P c=Tn/9550式中 F Z—主切削力（N） υ—切削速度（m/min） T—切削轉(zhuǎn)矩（Nm） n—主軸轉(zhuǎn)速（r/min）設(shè)按最大切削速度來計算，取 υ=100m/min則 F z =60 Pc 103/υ=60**10 3/100N=查《機(jī)床設(shè)計手冊》，在一般外圓車削時 Fx=(～)F Z FX=(～)F Z取 F x==*= Fy==*=縱向滾珠絲杠設(shè)計計算滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，滾珠絲杠副的設(shè)計歸結(jié)為滾珠絲杠副型號的選擇。①計算作用在絲杠上的最大動載荷 FQ首先根據(jù)切削力和運動部件的重量引起的進(jìn)給力，計算出絲杠的軸向載荷，再根據(jù)要求的壽命值計算出絲杠副應(yīng)能承受的最大動載荷 FQ FQ=L1/3fwfhFP 式中 F Q最大動載荷(N)；FP工作負(fù)載(N),指數(shù)控機(jī)床工作時實際作用在滾珠絲杠上的軸向力；fw運轉(zhuǎn)系數(shù),一般運轉(zhuǎn) fw取 ～。有沖擊的運轉(zhuǎn) fw取 ～。fh硬度系數(shù),HRC 為 60 時, f h為 1。HRC60 時, f h 1。L壽命(以 106轉(zhuǎn)為單位 1,如 則為 150 萬轉(zhuǎn)).壽命 L 可按下式計算 L=60nT/106 式中 n滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 r/min。T使用壽命時間 9h),數(shù)控機(jī)床 T 取 15000h.工作負(fù)載的數(shù)值可用《機(jī)床設(shè)計手冊》中進(jìn)給牽引力的實驗公式計算,對于三角形或綜合導(dǎo)軌 Fp=kFX +f`(Fz+W)式中 Fz ﹑F X 切削分力。W移動部件的重量(800N)。k考慮顛覆力矩影響的系數(shù),k=。f`導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),f`=～ 取 f`=.則 Fp=［*+*（+800）］N=當(dāng)機(jī)床以線速度 υ=100m/min,進(jìn)給量為 f=,車削直徑為 D=80mm 的外圓時絲杠的轉(zhuǎn)速 n=υf10 3/(πDL 0)=100**103/(*82*6)r/min=則 L=60nT/10 6=60**15000/106萬轉(zhuǎn)= 萬轉(zhuǎn)根據(jù)工作負(fù)載 Fp﹑壽命 L,計算出滾珠絲杠副承受的最大動載荷,取 fw=,fh=1 FQ=L1/3fwfhFP=**= 16由 F0查滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本和《機(jī)床設(shè)計手冊》,杠的產(chǎn)品樣本,選擇滾珠絲杠的直徑為 32mm,型號為 N40063,其額定動載荷是 16672N 其強(qiáng)度足夠用。②效率計算根據(jù)《機(jī)械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動效率 η 為 η=tanγ/tan(γ+δ) 式中 γ螺紋的螺旋升角，該絲杠為 2176。4439。；δ摩擦角，δ 約等于 1039。則 η=tan2176。4439。/tan(2176。4439。+1039。)= ③ 剛度驗算 滾珠絲杠工作時受軸向力和扭矩的作用，它將引起導(dǎo)程 L 發(fā)生變化，因滾珠絲杠受扭時