【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在滑塊的端部，鋼球又通過(guò)反向裝置（反向器）進(jìn)入反向孔再進(jìn)入導(dǎo)軌上的滾道。鋼球就這樣周而復(fù)始進(jìn)行滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。反向器兩端裝有防塵密封端蓋，可以有效防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。具有以下優(yōu)點(diǎn)：①導(dǎo)軌動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別小，隨動(dòng)性好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔短，有效的提高了數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度；②可以實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度；③成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”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(jī)械制造成本與難度；④簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。故本課題中加工中心選用滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌。 一般是依據(jù)導(dǎo)軌的承載量，先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定導(dǎo)軌的的規(guī)格，然后進(jìn)行壽命計(jì)算。導(dǎo)軌的承載量與導(dǎo)軌規(guī)格一般由下表中所列的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。 表51導(dǎo)軌承載量與導(dǎo)軌規(guī)格對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系承載量/N3000以下3000~50005000~1000010000~2500025000~5000050000~80000導(dǎo)軌規(guī)格 30 35 45 55 65 85（1）滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌的計(jì)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(shí)際的承載量為200N。則可以預(yù)選型號(hào)為GGB30AA的滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的距離額定壽命L和時(shí)間額定壽命可以用以下公式來(lái)計(jì)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(jiàn)表溫度系數(shù)； ——接觸系數(shù)，參見(jiàn)表接觸系數(shù)； ——精度系數(shù)，參見(jiàn)表溫度系數(shù)； ——載荷系數(shù)，參見(jiàn)表載荷系數(shù)； ——額定動(dòng)載荷（N）； F——計(jì)算載荷（N）。 （5—2）式中：l——形成長(zhǎng)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(dǎo)軌上的滑塊數(shù) 1 2 3 4 5 表54精度系數(shù) 精度等級(jí) 2 3 4 5 表55載荷系數(shù) 工作條件 無(wú)外部沖擊或振動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)（速度小于15m/min）場(chǎng)合無(wú)明顯沖擊或振動(dòng)的中速運(yùn)動(dòng)（速度小于15~60m/min）場(chǎng)合有外部沖擊或振動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)(速度大于60m/min）場(chǎng)合 1~ ~ ~根據(jù)表格選擇=，=， =，=，= 根據(jù)預(yù)選滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌查得=帶入式（51）得L=291600km50km ,同時(shí)算得=2016900h故所預(yù)選的滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌完全滿(mǎn)足立柱機(jī)構(gòu)所需條件，故選擇型號(hào)為GGB30A的滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌。 滾珠絲杠螺母副是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置，在絲杠和螺母上都有半圓弧形的螺旋槽，當(dāng)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(lái)構(gòu)成封閉的螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿(mǎn)滾珠，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而迫使螺母（或滾珠絲杠）軸向移動(dòng)。其具有以下特點(diǎn)： (1)傳動(dòng)效率高，摩擦損失?。? (2)適當(dāng)預(yù)緊可消除螺紋間隙，反向時(shí)可以消除空載死區(qū)，使絲杠定位精度高，剛度好； (3)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高； (4)具有可逆性，既可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，也可以從直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； (5)磨損小，使用壽命長(zhǎng)； (6)制造工藝復(fù)雜，成本高。 圖52 絲杠裝配圖 (1)技術(shù)要求 工作臺(tái)、工件所受重力W=4000N；工作臺(tái)最大行程=600mm；工作臺(tái)快速移動(dòng)速度=18000mm/min。工作臺(tái)采用滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的動(dòng)、,主軸箱的定位精度為20181。m，重復(fù)定位精度為10181。m，加工中心的工作壽命為20000h（即工作時(shí)間為10年）。 機(jī)床采用主軸伺服電動(dòng)機(jī)，額定功率=,機(jī)床采用端面銑刀進(jìn)行強(qiáng)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(jìn)給速度/(m/min) 時(shí)間比例/(%) 備注 強(qiáng)力切削 10主電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)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(jìn)給 18 10空載條件下工作臺(tái)快速進(jìn)給(2)總體方案設(shè)計(jì) 為了滿(mǎn)足以上設(shè)計(jì)要求，采取以下技術(shù)方案。 ①工作臺(tái)工作面尺寸（寬度長(zhǎng)度）確定為400mm1200mm。 ②工作臺(tái)導(dǎo)軌采用滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌。 ③對(duì)滾珠絲杠螺母副進(jìn)行預(yù)緊。 ④采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 ⑥采用膜片彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直連。(3)設(shè)計(jì)計(jì)算 主切削力及其切削分力計(jì)算①計(jì)算主切削力Fz。根據(jù)已知條件，采用端面銑刀在主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速下進(jìn)行強(qiáng)力切削（銑刀直徑D=125mm），主軸具有最大扭矩并能傳遞主電動(dòng)機(jī)的全部功率，此時(shí)銑刀的切削速度為 （5—3）若機(jī)械效率m=，則由下式可以計(jì)算主切削力Fz： （5—4）②計(jì)算各切削分力。根據(jù)表21可得工作臺(tái)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(jìn)給系統(tǒng)導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算 ①計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力，此時(shí)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，查表得導(dǎo)軌緊固力，則 （5—8） ②計(jì)算在不切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力和導(dǎo)軌靜摩擦力F0。 （5—9） （5—10）（4）計(jì)算進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力①由式（210a）計(jì)算最大軸向負(fù)載力Famax。 （5—11）W1為主軸箱重力的95%，即W1=95%其中=40000N②由式（211a）計(jì)算最小負(fù)載力Famin。 （5—12）(5)進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠的動(dòng)載荷計(jì)算與直徑估算①確定滾珠絲杠的導(dǎo)程L0根據(jù)已知條件，取電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速nmax=1800r/min，由下式得 （5—13）②計(jì)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(jì)算 表57切削力的計(jì)算切削方式軸向載荷/N進(jìn)給速度/(m/min)時(shí)間比例（%） 備注強(qiáng)力切削10一般切削（粗加工） 30精細(xì)加工（精加工）50快移和鉆鏜定位10③計(jì)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(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速nm。 （5—18）⑤由式（218）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均載荷Fm。（519）⑥確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)載荷Cam由預(yù)定工作時(shí)間按式（520）計(jì)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(jí)為2級(jí)精度，取精度系數(shù)；查表230，一般情況下可靠性應(yīng)達(dá)到97%，故可靠性系數(shù)。 （5—20）因?qū)L珠絲杠螺母副將實(shí)施預(yù)緊，所以還可以按式（521）估算最大軸向載荷。查表中預(yù)載選取預(yù)加載荷系數(shù)，則 （5—21）確定滾珠絲杠預(yù)期的額定動(dòng)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(tái)的定位精度為20，重復(fù)定位精度為10，根據(jù)式（522）、式（523）以及定位精度和重復(fù)定位精度的要求得 （5—22） （5—23）取上述計(jì)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(tái)（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(gè)固定支承之間的距離為L(zhǎng)=行程+安全行程+2余程+螺母長(zhǎng)度+支承長(zhǎng)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(hào)根據(jù)計(jì)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(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母副，型號(hào)為：FFZD40103,其公稱(chēng)直徑d0、基本導(dǎo)程L0、額定動(dòng)載荷Ca和絲杠底徑d2如下： 故滿(mǎn)足要求。⑨確定滾珠絲杠螺母副的預(yù)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(hào)由式（233）計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷。 （5—26）計(jì)算軸承的預(yù)緊力。 （5—27）計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷。 （5—28）由式（229）計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷C。已知軸承的工作轉(zhuǎn)速與滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速相同，?。惠S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?yàn)?，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(hào)。 因?yàn)闈L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(duì)背安裝，以承受兩個(gè)方向的軸向力。，所以選擇軸承內(nèi)徑d為35mm，以滿(mǎn)足滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的需要。選擇國(guó)產(chǎn)60176。角接觸球軸承背對(duì)背安裝，型號(hào)為760307TNI，尺寸（內(nèi)徑外徑寬度）為35mm80mm21mm，選用油脂潤(rùn)滑。該軸承的預(yù)載荷能力為N，大于計(jì)算所得的軸承預(yù)緊力。在油脂潤(rùn)滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為2800r/min，高于本機(jī)床最高轉(zhuǎn)速，故滿(mǎn)足要求。該軸承的額定動(dòng)載荷，而該軸承在20000h工作壽命下的基本額定動(dòng)載荷，故也滿(mǎn)足要求。 圖53 （1）滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)本工作臺(tái)的滾珠絲杠支承方式采用預(yù)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(wèn)題。 （2）滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)由圖53得滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)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(tái)滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速為1800r/min，遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)速，故滿(mǎn)足要求。（3） 滾珠絲杠螺母副額定壽命的效驗(yàn) 查表得滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷=30000N，軸向載荷=，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)=。 滾珠絲杠轉(zhuǎn)速n=1800r/min,則計(jì)算可得 （5—38） （5—39）一般來(lái)講，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)，應(yīng)保證數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠螺母副的總工作壽