【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)。螺母上設(shè)有返向器，與螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道。為了在滾珠與滾道之間形成無(wú)間隙甚至有過(guò)盈配合，可設(shè)置預(yù)緊裝置。為延長(zhǎng)工作壽命，可設(shè)置潤(rùn)滑件和密封件。滾珠螺旋傳動(dòng)與滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)或其它直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)副相比，有下列特點(diǎn)：(1) 傳動(dòng)效率高 一般滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率達(dá)90％~95％，耗費(fèi)能量?jī)H為滑動(dòng)絲桿的1/3。(2) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾動(dòng)摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動(dòng)與工作摩擦力矩差別很小。啟動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊，預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過(guò)盈，提高接觸剛度和傳動(dòng)精度。(3) 工作壽命長(zhǎng) 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度(HRC58—62)、高精度，具有較長(zhǎng)的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動(dòng)絲桿副的4~10倍以上。(4) 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升小、無(wú)爬行、無(wú)間隙，通過(guò)預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱膨脹。因此可達(dá)到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。(5) 同步性好 用幾套相同的滾珠絲桿副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)部件，可得到較好的同步運(yùn)動(dòng)。(6) 可靠性高 潤(rùn)滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。(7) 不能自鎖 用于垂直傳動(dòng)時(shí)，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。 (8) 制造工藝復(fù)雜 滾珠絲桿和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本較高。 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量在數(shù)控機(jī)床中，一個(gè)脈沖所產(chǎn)生的坐標(biāo)軸位移量叫做脈沖當(dāng)量，通常用表示，也稱(chēng)機(jī)床的最小設(shè)定單位。脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)，按機(jī)床設(shè)計(jì)的加工精度選定。本設(shè)計(jì)所要求的CK5116A的脈沖當(dāng)量為：縱向（Z向），橫向（X向）。 車(chē)削力的計(jì)算在設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，計(jì)算傳動(dòng)和導(dǎo)向元件，選用伺服電機(jī)等都要用到切削力?，F(xiàn)我們利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算主切削力。車(chē)床的主切削力可用下式計(jì)算：式中——車(chē)床床身加工的最大直徑單位為mm。因CK5116A床身加工的最大直徑410mm，則：按以下比例分別求出分力和，則：， 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇機(jī)構(gòu)類(lèi)型：確定滾軸循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類(lèi)型確定后，再計(jì)算和確定其他參數(shù)，包括：公稱(chēng)直徑、導(dǎo)程、滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)、精度等級(jí)等。本設(shè)計(jì)中選擇滾珠循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)方式中的固定式。滾珠絲杠副的預(yù)緊方法選擇雙螺母螺紋預(yù)緊。(1)計(jì)算進(jìn)給率牽引力作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給率牽引力主要包括切削力時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)。的計(jì)算公式如下:縱向進(jìn)給導(dǎo)軌為三角形，則：三角形導(dǎo)軌選取參數(shù)：(2)計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱(chēng)為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)荷。計(jì)算步驟如下：絲杠轉(zhuǎn)速其中= 壽命（）最大動(dòng)負(fù)荷 (3)計(jì)算最大靜負(fù)荷當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速（）情況下工作時(shí)，滾珠絲杠副的破壞形式主要是在滾珠接觸面上產(chǎn)生變形，當(dāng)塑性變形超過(guò)一定限度就會(huì)破壞滾珠絲杠副的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過(guò)滾珠直徑的萬(wàn)分之一。產(chǎn)生大的塑性變形量的負(fù)載稱(chēng)為允許的最大靜負(fù)荷。選取靜態(tài)安全系數(shù)=2，滾珠絲杠的最大軸向負(fù)荷 故最大靜負(fù)荷為：。(4)選擇滾珠絲杠副見(jiàn)表215)傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率表21滾珠絲杠副參數(shù)型號(hào)公稱(chēng)直徑基本導(dǎo)程螺旋升角絲杠外徑絲杠內(nèi)徑額定動(dòng)載荷絲杠長(zhǎng)度額定靜載荷(6)剛度校核主要校核滾珠絲杠在工作負(fù)載和扭矩T共同作用下引起的每導(dǎo)程變形量是否符合絲杠精度要求。 每導(dǎo)程變形量可按以下公式計(jì)算選取 其中：則： 查表所得，所選用的級(jí)絲杠精度允許誤差為，滿(mǎn)足要求。(7) 穩(wěn)定性校核　　機(jī)床在進(jìn)給時(shí)滾珠絲杠通常是受軸向力的一壓桿。若軸向力過(guò)大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生翹曲，所以選用時(shí)必須進(jìn)行穩(wěn)定性校核。如果滿(mǎn)足穩(wěn)定性安全系數(shù)大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)()，則絲杠安全，不會(huì)失穩(wěn)：式中　()——許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，～4?！　　　z杠失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)載，由：式中　——絲杠長(zhǎng)度　——絲杠軸端系數(shù)，由支承條件定?！　　　孛鎽T性矩，對(duì)實(shí)心圓對(duì)于水平絲杠要考慮自重影響可取()4。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式中可得絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 步進(jìn)電機(jī)的選用CK5116A型普通車(chē)床數(shù)控化改造，采用了一種比較簡(jiǎn)單但是較為典型的改裝方案，改造后的車(chē)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)A和B驅(qū)動(dòng)，它們分別安裝在床頭箱內(nèi)（或床身尾部）和拖板后方，通過(guò)減速齒輪和縱橫向絲杠帶動(dòng)車(chē)床的縱橫進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為使改造后的車(chē)床能充分發(fā)揮數(shù)控車(chē)床的效能，縱橫向絲杠螺母副一般需要調(diào)換成滾珠絲杠螺母副。當(dāng)利用原絲杠螺母副時(shí)，為了減少改造工作量，縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速箱一般裝在床身尾部，這時(shí)連接車(chē)床原傳動(dòng)系統(tǒng)（主軸系統(tǒng)）和縱向絲杠傳動(dòng)的離合器尚未拆除，工作時(shí)應(yīng)使處于脫開(kāi)位置。同理，脫落蝸桿等原橫向自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)若未拆除，工作時(shí)也應(yīng)使其處于空檔（空擋）位置。改造后的進(jìn)給脈沖當(dāng)量的量值靠步進(jìn)電機(jī)步距角、減速齒輪比、絲杠導(dǎo)程三者協(xié)調(diào)確定。三者之間換算關(guān)系可以以下式表示： （θ/360）（ac/bd）T=δ 式中θ——步進(jìn)電機(jī)步聚角（度）； T——所驅(qū)動(dòng)絲杠導(dǎo)程（mm）。 a,b,c,d——齒輪齒數(shù)，當(dāng)單級(jí)減數(shù)時(shí)，令c、d等于1； δ——脈沖當(dāng)量值（mm）。步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)根據(jù)阻力矩及切屑用量的大小和機(jī)床型號(hào)來(lái)選擇，普通車(chē)床（如C61CK5116A等）——（Nm）靜力矩的步進(jìn)電機(jī)，（Nm）的作為橫向進(jìn)給電機(jī)；（Nm）的作為縱向進(jìn)給電機(jī)。 脈沖量的選擇 初選三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為，當(dāng)三相六拍（1～2相勵(lì)磁）運(yùn)行時(shí)，步距角其妹轉(zhuǎn)脈沖數(shù)脈沖當(dāng)量： 由此可得中間齒輪傳動(dòng)比為 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 選取大齒輪齒數(shù)，小齒輪齒數(shù)，模數(shù)。換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總慣性負(fù)載 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇已知 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為110BF003，步距角三相六拍。其中最大靜扭矩，轉(zhuǎn)子慣量，由此可得：, 經(jīng)驗(yàn)算可知電動(dòng)機(jī)合格。：外型圖:圖22 110BF003步進(jìn)電機(jī)的外觀(guān)圖及矩頻特性圖 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)1 ．橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來(lái)，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2—3所示 圖23 車(chē)床縱向傳動(dòng)的支承結(jié)構(gòu)1步進(jìn)電機(jī)；2床身；3左支架；4齒輪副；5右支架；6絲杠左支承；7手輪；8軸套；9絲杠右支承；10螺母座架；11螺母座；12絲杠；13蓋；14軸承。 滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置上，為了便于手動(dòng)與對(duì)刀，在絲杠的右端設(shè)有手輪，使用時(shí)安裝上，不用即卸下，以防造成傷害，原機(jī)床拖板予以保留，并設(shè)有螺母座架，安裝在拖板上，以實(shí)現(xiàn)絲杠螺母與拖板之間的聯(lián)接。步進(jìn)電機(jī)安裝在絲杠的左端原進(jìn)給箱的位置上，由電機(jī)上的止口定位，靠四個(gè)螺釘和二個(gè)定位銷(xiāo)與床體相連。絲杠左右端分別用支架與軸承支承，左端用向心球軸承，右端用推力球軸承支承。2. 橫向滾珠絲杠橫向滾珠絲杠也采用三點(diǎn)支承形式。保留原手動(dòng)機(jī)械，用子手動(dòng)與對(duì)刀，步進(jìn)電機(jī)安裝在床鞍的后部?？拷僮髡叨?，布置根支承短軸，通過(guò)個(gè)聯(lián)軸套與滾珠絲杠連接起來(lái)。利用原機(jī)床滑動(dòng)軸承作為徑向支承，并對(duì)原支承處進(jìn)行適當(dāng)改裝，布置對(duì)推力球軸承，以實(shí)現(xiàn)軸向支承。在遠(yuǎn)離操作者端，用個(gè)聯(lián)軸套和根連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來(lái)。與縱向進(jìn)給樣，絲杠螺母與橫向拖板間仍用螺母座聯(lián)接。橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造設(shè)計(jì)如圖24所示。1 步進(jìn)電機(jī)：2 消隙減速箱：3 支承架；4 、5 、8 聯(lián)軸套；于螺母座；7 滾珠絲杠螺母副：于支承短軸．圖