【文章內(nèi)容簡介】 定。對經(jīng)濟型數(shù)控機床來說，常采用的脈沖當量為 ,在 CA6140 的技術(shù)參數(shù)中，要求縱向脈沖當量 為 。橫向脈沖當量為pf=。pf 縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號選擇與校核步驟（1）滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠副是在絲杠和螺母間以鋼球為滾動體的螺旋傳動元件。滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖所示，它可將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，或者將直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。因此，滾珠絲杠副既是傳動元件，也是直線運動與旋轉(zhuǎn)運動相互轉(zhuǎn)換的元件。15 / 42滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理圖組成：主要由絲桿、螺母、滾珠和滾道（回珠器） 、螺母座等組成。 工作原理：在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽，當它們套裝在一起時便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動，并經(jīng)回珠管作周而復始的循環(huán)運動?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。 特點：①傳動效率高：機械效率可高達 92%~98%。 ②摩擦力小：主要是用滾珠的滾動代替了普通絲桿螺母副的滑動。 ③軸向間隙可消除：也是由于滾珠的作用，提高了系統(tǒng)的剛性。經(jīng)預緊后可消除間隙。 ④使用壽命長、制造成本高：主要采用優(yōu)質(zhì)合金材料，表面經(jīng)熱處理后獲得高的硬度。1）最大工作荷載計算滾珠絲杠的工作載荷 （N）是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動工作臺時滾珠絲杠所承mF受的軸向力，也叫做進給牽引力。它包括滾珠絲杠的走到抗力及與移動體重力和作用在導軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。由于原普通 CA6140 車床的縱向?qū)к壥侨切螌к?，則用公式 21 計算工作載荷的大小。 （31） ()mvFKLfG???①車削抗力分析車削外圓時的切削抗力有 ﹑ ﹑ ，主切削力 與主切削速度方向一致xyFzzF垂直向下，是計算機床主軸電機切削功率的主要依據(jù)。切深抗力 與縱向進給垂直，y影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進給抗力 與進給方向平行且相反指向，設(shè)計或x16 / 42校核進給系統(tǒng)是要用它。切削時總切削力的分解縱切外圓時，車床的主切削力 可以用下式計算：zF （32） zz zxFynpCafVK? =5360(N) 由《金屬切削原理》知：=1:: （33） :zxyF 得 =1340(N)xF =2144(N)y因為車刀裝夾在拖板上的刀架內(nèi)，車刀受到的車削抗力將傳遞到進給拖板和導軌上，車削作業(yè)時作用在進給托板的載荷 ﹑ 和 與車刀所受到的車削抗力有對應關(guān)系。1vcF因此，作用在進給托板上的載荷可以按下式求出： 托板上的進給方向載荷 = =1340(N)1x 托板上的垂直方向載荷 = =5360(N)vFz 托板上的橫向載荷 = =2144(N) cy因此，最大工作載荷 ()mvKLfG??? =1340+(5360+90) =(N) 17 / 42對于三角形導軌 K=, =～,選 =(因為是貼塑導軌)，G 是f?f?縱向﹑橫向溜板箱和刀架的重量，選縱向﹑橫向溜板箱的重量為 75kg,刀架重量為15kg.②最大動載荷 C 的計算滾珠絲杠應根據(jù)額定動載荷 Ca 選用，可用式 34 計算： （34） 3mLfF?L 為工作壽命，單位為 10r，L=60nt／10。n 為絲杠轉(zhuǎn)速（r／min）,n=1000v／L 0。v為 最大切削力條件下的進給速度（m／min）,可取最高進給速度的 1/2～1/3。L0 為絲杠的基本導程，查資料得 L0=12mm。 為運轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因為此時有沖擊振動，mf所以取 =V 縱向=1400r/min=2226mm/minn 縱向=v 縱向1/2/L 0=22261/2/12=∴ L=60nt/10 6=6015000/106=則 = =11740（N）3mCLfF? 初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應的額定動載荷 Ca 不得小于最大載荷 C。因此有Ca＞C=11740N另外例如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另一種失效形式滾珠接觸面上的塑性變形。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷 是oaC否充分地超過了滾珠絲杠的工作載荷 Fm,一般使 =2～初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因為內(nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝?？紤]到簡易經(jīng)濟改裝，所以采用外循環(huán)。因此初選滾珠絲杠的型號為型 CD63 型，主要參數(shù)為=, =8mm, =63mm, =2o19 ’，圈數(shù)列數(shù) 1 wD0Lmd?③縱向滾珠絲杠的校核 1）傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率為 ? 92% （35）tantan219()t(10)oo??????????2）剛度驗算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運動平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠和螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。18 / 421 絲杠的拉壓變形量 1? （36）mFlEA??? =177。2280/10π() 2 =2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2?采用有預緊的方式，因此用公式 = （37）2?23mwyjFDZ? =在這里 =1/3 =1/3=597NyjFm 63/=?? 1= ?絲杠的總變形量 = + =+=?12查表知 E 級精度絲杠允許的螺距誤差為 ，故所選絲杠合格。3）壓桿穩(wěn)定性驗算滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細長桿，若軸向工作負載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時的臨界載荷為 kF 2zkfEIFL?（38）式中：E 為絲杠材料彈性模量，對鋼 E=104Mpa；I 為截面慣性矩，對絲杠圓截面 ( 為絲杠的底徑)；L 為絲杠的最大工作長度（mm） ； 為44(6ldIm??ld zf絲杠的支撐方式系數(shù)由下表查得。方式 兩端端自由 一端固定一端自由兩端固定 兩端簡支zF 由 且 =, E= Mpa, ,L=2800mm 為絲2zkfEIL??zf ?44()6ldIm??杠的長度由于 I=519614mm ? =27627619 / 42 27614985kN???所以絲杠很穩(wěn)定。 橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核步驟經(jīng)濟型數(shù)控改造的橫向進給的設(shè)計比較簡單，一般是步進電機經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。步進電機安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算由于橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細說明，只計算結(jié)果。電機初步估算轉(zhuǎn)速為 1500r/min，進給速度 =2 。maxV/in根據(jù)《機械設(shè)計手冊》可知；inVPhmax?則： ；??根據(jù)《機械設(shè)計手冊》可查到滾珠絲杠的標準系列，初選 。4hPm?已知條件如下：工作臺重量： ； 30WN 脈沖當量： ；.5/step??步距角： ；7a? 進給速度： ；mx2/inV 滾珠絲杠基本導程： ；04L滾珠絲杠行程： ；65S?(1) 削力計算橫向進給量為縱向的 ，取 ，則切削力約為縱向的 ：1~2312 ；??在切斷工件時：；...? 滾珠絲杠設(shè)計計算(1) 強度計算對于燕尾型導軌：20 / 42；()yZPKFfW???取 K=， =；f?則： ；?????壽命值： ；6iinTL?由以上條件，可以確定步進電機與滾珠絲杠齒輪傳動比： ；??pi??由于電機軸與滾珠絲杠之間是降速傳動則： 。max1509/minnVri??電 ax由《機械設(shè)計手冊》可知，當量轉(zhuǎn)速 在 之間變化時：Vaxi與 ；axin2m?取 為 時， ；取 ；minV1/ir450./iVr?450/inmr?因此： ；661iinTL?根據(jù)《經(jīng)濟型數(shù)控機床》可知，最大動負載為：。 N???根據(jù)最大負載 Q 值，可選擇滾珠絲杠的型號,外循環(huán)插管埋入式雙螺母預緊式的滾珠絲杠，型號為 2022——3 左，其中額定動載荷為 14200N，所以強度夠用。(2) 效率計算經(jīng)計算螺旋升角 ，摩擦角 ；20????10???則：。()()tgt???????(3) 剛度驗算滾珠絲杠受工作負載 P 引起的導程的變化量：；..(96)L cmEF????????滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量 很小，即： 。所以，導程變形總2L:L?誤差為： ；?????21 / 42查表可知 3 級精度絲杠允許的螺距誤差（1m）為 15 ，故剛度足夠。/m?(4) 穩(wěn)定性由于選用的滾珠絲杠的直徑與絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定，一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算。 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算(1) 有關(guān)齒輪計算傳動比： ；?????故?。海?， ， ， ， ，18Z22mb20a?136dm?， ， ， 。20d14ad64ad8(2) 轉(zhuǎn)動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量： ；????????????????????絲杠轉(zhuǎn)動慣量： ；4 kgcm???齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： ；4 ??? ；2 kc?電機轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略，因此轉(zhuǎn)動慣量為：(3) 所需轉(zhuǎn)動力矩計算；max052383./min4VnrL????????；01./in343tfin rD?主； cm?????00 . Nii????????2 kgcmi ????????????22 / 42????2 ...2YtFLMNcmi Nm???????????所以，快速空載啟動所需轉(zhuǎn)矩： c??????切削時需力矩： ??快速進給時所需力矩：。 Ncm????從上計算可，最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速進給啟動時： ?? 滾珠絲杠螺母副的精度等級：數(shù)控機床根據(jù)定位精度的要求通常選用 15 級精度的滾珠絲杠，15 級度絲杠的行程公差數(shù)值如下表所示：精度等級項目 符號 有效行程 lm/mm 1 2 3 4 5＜315 6 8 12 16 23315~400 7 9 13 18 25400~500 8 10 15 20 27 目標行程公差 ep500~630 9 11 16 22 30＜315 6 8 12 16 23315~400 6 8 12 17 25400~500 7 10 13 19 26行程變動量公差 Vmp500~630 7 11 14 21 29任意 300mm 內(nèi)行程變動量 V300p 6 8 12 16 232πrad 內(nèi)行程變動量 V2πp 4 5 6 7 8 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預緊方法滾珠絲杠副的軸向間隙，是指負載時滾珠與滾道型面接觸的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。滾珠絲杠副的軸向間隙直接影響其傳動剛度和傳動精度，尤其是反向傳動精度。因此，滾珠絲杠副除了對本身單一方面的進給運23 / 42動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴格的要求。滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預緊，通常采用雙螺母預緊方式，其結(jié)構(gòu)型式有三種?；驹硎鞘箖蓚€螺母間產(chǎn)生軸向位移，以達到消除間隙和產(chǎn)生預緊力的目的。1．墊片調(diào)隙式 圖 3—5 所示結(jié)構(gòu)。是通過改變墊片的厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。這種結(jié)構(gòu)簡單可靠、剛性好，但調(diào)整費時，且不能在工作中隨意調(diào)整。圖