【文章內容簡介】 Z向步進電機與進給滾珠絲杠的聯(lián)結 數控機床的進給機構，采用伺服電機或步進電機與滾珠絲桿連接。一般采用連軸器直連，齒形同步帶連接或運用齒輪相連。在許多場合，因結構上的限制。特別是才用的伺服電機或混合式步進電機后，連軸器直連便成為電機與滾珠絲桿最為常見的的連接方法。) F3 M3 d F% G4 x7 \。 n, K. _ 由于數控機床進給機構速度快，如快進，快退的速度有是高速達20M/MIN以上，在整個過程中正反轉換頻繁。連軸器承受的瞬間沖擊較大，容易引起連軸器松動和扭轉，隨使用時間的增長，其松動和扭轉的情況加劇。實際加工時主要表現為各方向運動正常，編碼器反饋也正常，系統(tǒng)無報警，而運動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廢。出現這種情況時，建議檢查一下連軸器。 7 H3 Q9 W, O7 Eamp。 @連軸器按結構可分為剛性連軸器和繞性連軸器兩種形式，可按其結構分別加以處理。 （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，而且大多進給電機軸上都備有平鍵。這種連接經過一段時間使用圓錐銷開始松動，鍵槽側面的間隙逐漸增大，有時甚至引起錐銷脫落，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換而引起的松動。該方法能很好的解決圓錐銷松動的問題。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，而且結構緊湊，裝配也十分方便。經在維修中應用，效果很好，但裝配時要注意，大小彈性要求互成180度裝配，否則會影響零件加工的精度。 % T% m4 t% X1 N c（2）繞性連軸器 繞性連軸器是數控機床廣泛采用的連軸器，它能補償因同軸度及垂直度誤差引起的“干涉”現象。在結構容許的情況下，大部分數控機床的伺服進給機構都采用繞性連軸器。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軸頭之間產生相對的滑移扭轉，造成數控機床工作運行中，被加工零件的尺寸呈現有規(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。如果調整機床快速移動速度后，這個變化量也會起變化，此時CNC系統(tǒng)并不報警，因為電機轉動是正常的。一旦機床出現這種情況，單純靠擰緊兩端螺釘的方法不一定奏效。解決方法是設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與滾珠絲桿最為常見的的連接方法。 傳動形式的選擇 由于選擇的傳動類型、傳動方式、傳動剛性以及傳動的可靠性對機電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應性有重大影響。因此應選擇傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕運動平穩(wěn)、傳動轉矩大的傳動部件。本設計X、Y工作臺的運動方式選擇絲杠螺母機構傳動形式。它主要用來將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動或將直線運動轉變?yōu)樾D運動。絲杠螺母機構有滑動摩擦機構和滾動摩擦機構之分。（1）滑動摩擦機構優(yōu)點：結構簡單；制造成本低；具有自瑣功能。缺點：摩擦阻力大；傳動效率低。（2）滾動摩擦機構優(yōu)點：摩擦阻力小；傳動效率高。缺點：結構復雜；制造成本高。綜上結合本設計的實際情況選用滾動摩擦機構。根據絲杠和螺母相對運動的組合情況起基本傳動形式有以下四種：①螺母固定、絲杠轉動并移動 優(yōu)點：結構簡單；可消除絲杠軸承可能產生的附加軸向竄動；可獲得叫高的 傳動精度；缺點：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絲杠轉動、螺母移動 優(yōu)點：結構緊湊；剛性較好、軸向剛度高、運動平穩(wěn)、傳動精度高、不易磨損、使用壽命長；缺點：必須限制螺母的轉動需加導向裝置、不能自鎖，在用作升降傳動機構時需采取制動裝置，適用范圍：工作行程較大的場合。 ③螺母轉動、絲杠移動 它需要限制螺母移動個絲杠轉動其結構復雜切占用軸向空間較大 故很少使用。④絲杠固定、螺母轉動并移動 優(yōu)點：結構簡單緊湊。缺點：使用不方便 一般也很少使用。綜上結合本設計的實際情況選用第二種。 滾珠絲杠副的參數（1）螺距t 根據本設計的實際要求 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，對于數控機床常用的進給絲杠，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。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，本設計選取d0=3毫米（4）滾珠的工作圈數j和工作滾珠總數N 根據經驗滾珠第一圈所受的軸向負載約占總負載的50%，第二圈約30%，第三圈約20%。因此，滾珠絲杠螺母副中每個循環(huán)回路滾珠的工作圈數j=~，工作圈數j。關于滾珠總數N，一般不超過150個，做到分布均勻且能承受足夠的負載。 滾珠絲杠副的組成及特點 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機構，它由絲桿、螺母、滾珠、反向器 四部分組成。當絲桿轉動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設有滾珠回程引導裝置構成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動的逼和通路。滾珠絲杠副與滑動絲杠副相比，除了上述優(yōu)點外，還具有周向剛度高、運動平穩(wěn)、傳動精度高、不易磨損、使用壽命長等優(yōu)點。 滾珠絲杠副的典型結構類型（1）螺紋滾道型面（法向）的形狀及主要尺寸我國生產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，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?？墒?jié)L道底部與滾珠不接觸，并能存儲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行修整和加工、檢驗均較困難，故加工成本較高。故本設計采用單圓弧型的螺紋滾道。（2）滾珠的循環(huán)方式分內循環(huán)和外循環(huán)兩種內循環(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，離開絲桿螺紋滾道，在螺母體內或外做循環(huán)運動分三中形式。 ①螺旋槽式； ②插管式； ③蓋端式。本設計選用外循環(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轉速也有所不同，應根據工況適當選擇。為便于評估，絲杠旋轉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，負荷由兩組軸承副共同承擔。也可以使兩端的軸承副承受反 向預拉伸力，從而提高傳動剛度。在定位要求很高的場合，甚至可以根據受力情況和絲杠熱變形趨勢精確設定目標行程補償量，進一步提高定位精度?！肮潭ā潭ā毙陀袝r也被 片面地叫做“雙推－雙推”，由于此形式結構較復雜，調整較難，因此一般僅在定位要求很高時采用。 （2）“固定—游動”型：K2=2 適用于中轉速、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，另一端由單個軸承約束徑向自由度，負荷由一對軸承副承擔，游動的 單個軸承能防止懸臂撓度，并消化由熱變形產生的應力?！肮潭ā蝿印毙陀袝r也被片面地叫做“雙推－支承”。此形式結構較簡單，效果良好，應用廣泛。 （3）“支承—支承”型：K2=1 適用于中轉速，中精度的場合。該形式兩端分別設一個軸承，分別承受徑向力和單方向的軸向力，隨負荷方向的變化，分別由兩個軸承單獨承擔某一方向的力。由于支承點隨受力方向變化，定位可控性較低。此形式結構簡單，受力情況較差，應用較少。 （4）“固定—自由”型：K2= 適用于低轉速，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)，負荷均由同一對軸承副承擔，并且需克服絲杠回轉離心力造成的彎矩?！肮潭ā杂伞毙陀袝r也被錯誤地叫做“雙推－自由”。此形式結構簡單，受力情況差，但在行程小、轉速低時 也經常用到。 Z向進給滾珠絲杠副的計算與校核 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的經驗公式如下。（查[1] 第七篇公式()和()） N （1） Nm （2）式中，、——軸向力、扭矩系數； ——切削速度，m/min；、——速度系數；d——鉆孔直徑，mm；、——鉆孔直徑系數；f——進給量，mm；、——進給量系數。 、d、f見畢業(yè)設計任務書, 查[1]，=，=，=，=, =,=，=，=，代入式（1）和（2）求出F和M。 = =47595Nm （1）確定滾珠絲杠副的導程Ph （3）—滾珠絲杠副的計算導程，mm； —脈沖當量，mm/step；—步距角，186。；和見任務書。 i—傳動比。因鉆床伺服電機與滾珠絲杠副通過聯(lián)軸器直接傳遞力矩，因此傳動比i=1，則