【文章內(nèi)容簡介】 在滑塊的端部，鋼球又通過反向裝置（反向器）進入反向孔再進入導軌上的滾道。鋼球就這樣周而復始進行滾動運動。反向器兩端裝有防塵密封端蓋，可以有效防止灰塵、屑末進入滑塊內(nèi)部。具有以下優(yōu)點：①導軌動、靜摩擦系數(shù)差別小，隨動性好，即驅(qū)動信號與機械動作滯后的時間間隔短，有效的提高了數(shù)控系統(tǒng)的響應速度和靈敏度；②可以實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度；③成對使用導軌副時，具有“誤差均化效應”從而可以降低基礎(chǔ)件的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機械制造成本與難度；④簡化了機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造。故本課題中加工中心選用滾動直線導軌。 一般是依據(jù)導軌的承載量，先根據(jù)經(jīng)驗確定導軌的的規(guī)格，然后進行壽命計算。導軌的承載量與導軌規(guī)格一般由下表中所列的經(jīng)驗關(guān)系。 表51導軌承載量與導軌規(guī)格對應的經(jīng)驗關(guān)系承載量/N3000以下3000~50005000~1000010000~2500025000~5000050000~80000導軌規(guī)格 30 35 45 55 65 85（1）滾動直線導軌的計算由于給定承載量為4000N，且采用了平衡油缸使其平衡了大約承載量的95%，故實際的承載量為200N。則可以預選型號為GGB30AA的滾動直線導軌。導軌的距離額定壽命L和時間額定壽命可以用以下公式來計算： km （5—1）式中：——硬度系數(shù)，一般要求滾道的硬度不得低于58HRC，故可通常取=1。 ——溫度系數(shù)，參見表溫度系數(shù)； ——接觸系數(shù)，參見表接觸系數(shù)； ——精度系數(shù)，參見表溫度系數(shù)； ——載荷系數(shù)，參見表載荷系數(shù)； ——額定動載荷（N）； F——計算載荷（N）。 （5—2）式中：l——形成長度（m） N——每分鐘往次數(shù)。表52溫度系數(shù)工作溫度/176。C 100 ≥100~150 ≥150~200 ≥200~250 表53接觸系數(shù)每根導軌上的滑塊數(shù) 1 2 3 4 5 表54精度系數(shù) 精度等級 2 3 4 5 表55載荷系數(shù) 工作條件 無外部沖擊或振動的低速運動（速度小于15m/min）場合無明顯沖擊或振動的中速運動（速度小于15~60m/min）場合有外部沖擊或振動的高速運動(速度大于60m/min）場合 1~ ~ ~根據(jù)表格選擇=，=， =，=，= 根據(jù)預選滾動直線導軌查得=帶入式（51）得L=291600km50km ,同時算得=2016900h故所預選的滾動直線導軌完全滿足立柱機構(gòu)所需條件，故選擇型號為GGB30A的滾動直線導軌。 滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉(zhuǎn)運動能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當他們套裝在一起便形成了滾珠的螺旋滾道。螺母上有滾珠的回路管道，將幾圈螺旋滾道的的兩端連接起來構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當絲杠旋轉(zhuǎn)時，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動，因而迫使螺母（或滾珠絲杠）軸向移動。其具有以下特點： (1)傳動效率高，摩擦損失?。? (2)適當預緊可消除螺紋間隙，反向時可以消除空載死區(qū)，使絲杠定位精度高，剛度好； (3)運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高； (4)具有可逆性，既可以從旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動； (5)磨損小，使用壽命長； (6)制造工藝復雜，成本高。 圖52 絲杠裝配圖 (1)技術(shù)要求 工作臺、工件所受重力W=4000N；工作臺最大行程=600mm；工作臺快速移動速度=18000mm/min。工作臺采用滾動直線導軌，導軌的動、,主軸箱的定位精度為20181。m，重復定位精度為10181。m，加工中心的工作壽命為20000h（即工作時間為10年）。 機床采用主軸伺服電動機，額定功率=,機床采用端面銑刀進行強力切削，銑刀直徑D=125mm，主軸轉(zhuǎn)速n=1500r/min,切削狀況如表所示。 表56切削狀況表 切削方式進給速度/(m/min) 時間比例/(%) 備注 強力切削 10主電動機滿功率下切削 一般切削 30 粗加工 精加工切削 1 50 精加工 快速進給 18 10空載條件下工作臺快速進給(2)總體方案設(shè)計 為了滿足以上設(shè)計要求，采取以下技術(shù)方案。 ①工作臺工作面尺寸（寬度長度）確定為400mm1200mm。 ②工作臺導軌采用滾動直線導軌。 ③對滾珠絲杠螺母副進行預緊。 ④采用伺服電機驅(qū)動。 ⑥采用膜片彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直連。(3)設(shè)計計算 主切削力及其切削分力計算①計算主切削力Fz。根據(jù)已知條件，采用端面銑刀在主軸計算轉(zhuǎn)速下進行強力切削（銑刀直徑D=125mm），主軸具有最大扭矩并能傳遞主電動機的全部功率，此時銑刀的切削速度為 （5—3）若機械效率m=，則由下式可以計算主切削力Fz： （5—4）②計算各切削分力。根據(jù)表21可得工作臺縱向切削分力F橫向切削分力Fc和垂向切削力Fv分 （5—5） （5—6） （5—7）進給系統(tǒng)導軌摩擦力的計算 ①計算在切削狀態(tài)下的導軌摩擦力，此時導軌摩擦系數(shù)，查表得導軌緊固力，則 （5—8） ②計算在不切削狀態(tài)下的導軌摩擦力和導軌靜摩擦力F0。 （5—9） （5—10）（4）計算進給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的軸向負載力①由式（210a）計算最大軸向負載力Famax。 （5—11）W1為主軸箱重力的95%，即W1=95%其中=40000N②由式（211a）計算最小負載力Famin。 （5—12）(5)進給系統(tǒng)滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算①確定滾珠絲杠的導程L0根據(jù)已知條件，取電動機的最高轉(zhuǎn)速nmax=1800r/min，由下式得 （5—13）②計算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速和平均載荷估算在各種切削方式下滾珠絲杠的軸向載荷，將估算結(jié)果填入下表。立式加工中心滾珠絲杠的計算 表57切削力的計算切削方式軸向載荷/N進給速度/(m/min)時間比例（%） 備注強力切削10一般切削（粗加工） 30精細加工（精加工）50快移和鉆鏜定位10③計算滾珠絲杠螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速ni。 （5—14） （5—15） （5—16） （5—17）④由式（217）計算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速nm。 （5—18）⑤由式（218）計算滾珠絲杠螺母副的平均載荷Fm。（519）⑥確定滾珠絲杠預期的額定動載荷Cam由預定工作時間按式（520）計算。查表得，根據(jù)載荷性質(zhì)，有輕微沖擊，取載荷系數(shù)；查表得，根據(jù)初步選擇滾珠絲杠的精度等級為2級精度，取精度系數(shù)；查表230，一般情況下可靠性應達到97%，故可靠性系數(shù)。 （5—20）因?qū)L珠絲杠螺母副將實施預緊，所以還可以按式（521）估算最大軸向載荷。查表中預載選取預加載荷系數(shù)，則 （5—21）確定滾珠絲杠預期的額定動載荷Cam。取以上兩種結(jié)果的最大值，即。⑦按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。已知X軸工作臺的定位精度為20，重復定位精度為10，根據(jù)式（522）、式（523）以及定位精度和重復定位精度的要求得 （5—22） （5—23）取上述計算結(jié)果的較小值，即。估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m。本工作臺（X軸）滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定的支承方式，滾珠絲杠螺母副的兩個固定支承之間的距離為L=行程+安全行程+2余程+螺母長度+支承長度 ≈（~）行程+（25~30）L0則970mm≤L≤1140mm又==，由式（224）得 （5—24）⑧初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號根據(jù)計算所得的L0、Cam、d2m和結(jié)構(gòu)的需要，初步選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FFZD型內(nèi)循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠絲杠螺母副，型號為：FFZD40103,其公稱直徑d0、基本導程L0、額定動載荷Ca和絲杠底徑d2如下： 故滿足要求。⑨確定滾珠絲杠螺母副的預緊力由式（225）得 （5—25）⑩確定滾珠絲杠螺母副支承用軸承的規(guī)格型號由式（233）計算軸承所承受的最大軸向載荷。 （5—26）計算軸承的預緊力。 （5—27）計算軸承的當量軸向載荷。 （5—28）由式（229）計算軸承的基本額定動載荷C。已知軸承的工作轉(zhuǎn)速與滾珠絲杠的當量轉(zhuǎn)速相同，??；軸承的基本額定壽命，軸承所承受的軸向載荷。軸承的徑向載荷和軸向載荷分別為 （5—29） （5—30）因為，所以查表得，DF組合徑向系數(shù)X軸向系數(shù)Y1分別為。故 （5—31） （5—32）DFF組合徑向系數(shù)X軸向系數(shù)Y2分別為。故 （5—33） （5—34）（6）確定軸承的規(guī)格型號。 因為滾珠絲杠螺母副擬采用兩端固定的支承方式，所以將選用60176。角接觸球軸承背對背安裝，以承受兩個方向的軸向力。，所以選擇軸承內(nèi)徑d為35mm，以滿足滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的需要。選擇國產(chǎn)60176。角接觸球軸承背對背安裝，型號為760307TNI，尺寸（內(nèi)徑外徑寬度）為35mm80mm21mm，選用油脂潤滑。該軸承的預載荷能力為N，大于計算所得的軸承預緊力。在油脂潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為2800r/min，高于本機床最高轉(zhuǎn)速，故滿足要求。該軸承的額定動載荷，而該軸承在20000h工作壽命下的基本額定動載荷，故也滿足要求。 圖53 （1）滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗本工作臺的滾珠絲杠支承方式采用預拉伸結(jié)構(gòu)，絲杠始終受拉而不受壓。因此，不存在壓桿不穩(wěn)定問題。 （2）滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗由圖53得滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計算長度，其彈性模量，已知材料密度，重力加速度，安全系數(shù)，由表244得與支承有關(guān)的系數(shù)。滾珠絲杠的最小慣性矩為 （5—35）滾珠絲杠的最小截面積為 （5—36）（5—37）本工作臺滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1800r/min，遠小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿足要求。（3） 滾珠絲杠螺母副額定壽命的效驗 查表得滾珠絲杠的額定動載荷=30000N，軸向載荷=，運轉(zhuǎn)條件系數(shù)=。 滾珠絲杠轉(zhuǎn)速n=1800r/min,則計算可得 （5—38） （5—39）一般來講，在設(shè)計數(shù)控機床時，應保證數(shù)控機床滾珠絲杠螺母副的總工作壽