【文章內(nèi)容簡介】 V—— 最大切削速度（ m/min） 。按用硬質(zhì)合金刀具半精車剛件的速度V=100m/min 在外圓車削中： Fy =（ ～ ） Fz =2808 = FX =（ ～ ） Fz =2808 =1404N 二、滾珠絲杠副的設(shè)計及選型 滾珠絲杠副的工作原理及特點 在數(shù)控機床進給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來改善摩擦特性。滾珠絲杠副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，其結(jié)構(gòu)原理如圖 4 所示。為防止?jié)L珠在工作過程中從螺母兩端掉出，在螺母的螺紋滾高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說明書 12 道 4 上裝有擋滾珠器 2（又叫回珠器或反向器）。回路管道 5 將滾珠 3 引回，構(gòu)成滾珠連續(xù)工作的循環(huán)通道。 （ 1）、滾珠絲杠副具有如下優(yōu)點： ①傳動效率高 滾珠摩擦的摩擦損失小 ，傳動效率η =～ ，是普通滑動絲杠的 34 倍（η =～ ）。 ②摩擦力小 因靜、動摩擦因數(shù)小，因而傳動靈敏、運動平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動精度和定位精度高。 ③可預(yù)緊 經(jīng)預(yù)緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒有空行程，反向定位精度高，且傳動平穩(wěn)。 ④有可逆性 因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉(zhuǎn)成直線運動，也可將直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，絲杠可螺母既可作為主動件，也可作為從動件。 ⑤使用壽命長 滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，去滾道表面淬火硬度達 6060HRC，表 面粗糙度值小，而且是滾動摩擦，故磨損很小、使用壽命長。 因為滾珠絲杠副具有這些優(yōu)點，所以進給系統(tǒng)我選擇滾珠絲杠副 （ 2）、 滾珠絲杠副的缺點是： ①制造工藝復(fù)雜，成本高 滾珠絲杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造成本高。如絲杠螺母上的螺旋槽滾道一般都要求削成形表面，工藝復(fù)雜。 ②不能實現(xiàn)自鎖 由于起摩擦因數(shù)小而不能自鎖，特別是垂直（立式）絲杠，由于自重和慣性或因突然停斷電而容易造成主軸箱等下滑，所以需要添加制動裝置。 滾珠絲杠副的循環(huán)方式 常用的循環(huán)方式有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類， 滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)：始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。 滾珠絲杠的安裝 為提高傳動剛度，選擇合理的支承結(jié)構(gòu)并正確安裝很重要。滾圖 4 滾珠絲杠副 1壓塊 2擋珠器 3滾珠 4螺紋滾道 5回路管道 6螺母 7絲杠 高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說明書 13 珠絲杠主要承受向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重，因此滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。在安裝時，應(yīng)注意調(diào)整絲杠間隙，可用百分表測出具體的間隙所在。 珠絲杠副的選用 滾珠絲杠副的選擇主要是工件負載必小于滾珠絲杠的額定動負載Cm(N)即必須滿足 CCm。 滾珠絲杠的承載能力的計算 選擇縱向進給為綜合導(dǎo)軌，計算絲杠的最大軸向進給切削里 Fm 又因為 Fm=KFf+f’ (Fc+w) 式中 Ff、 Fp、 Fc—— 切削分力（ N） K—— 顛覆里矩影響取 K= F’ —— 導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)取 f’ = W—— 移動部件的重量（ N） 代入式中： Fm=kFf+f’ (fc+w) = + (2808+800) = （ 1）、壽命 L 最大切削里 F 的進給速度 Vs 可取最高進給速度的 1/2—— 1/5（取為1/2），縱向最大進給速度為 ,絲杠導(dǎo)程 Lo=6mm，則絲杠轉(zhuǎn)速為：n=01000 1 0 0 0 0 . 6 / m in 0 . 5 5 0 / m in6sV mm rL m m???? 絲杠使用壽命時間一般為 15000h，則絲杠的計算壽命 L 為 L= 6666 0 6 0 5 0 / m in 4 5 (1 0 )1 0 1 0n T r r??? （ 2）、載荷 Cm 當(dāng)量動載荷 Cm選用滾珠絲杠直徑 do時，必須保證絲杠工作時，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運轉(zhuǎn) 10 轉(zhuǎn)后，在它的滾珠上下產(chǎn)生疲勞點濁現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值 Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當(dāng)量動載荷 Cm 3 Mwm aLF fC f? 式中： wf —— 運轉(zhuǎn)系數(shù) af —— 精度系數(shù) ∴ 3 Mwm aLF fC f?= 3 45 2 25 14 .?? = 根據(jù) CCm 的原則，查 《機械設(shè)計手冊》化學(xué)出版社出版，第三章第 3卷，（ P1221）選取滾軸絲桿的型號為： 左，坐標直徑為 40mm，即外循環(huán)，齒差調(diào)隙式，一圈 。滾珠直徑為 ，導(dǎo)程為 6mm，摩擦級選用 5級，螺紋升角 r=arctag高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說明書 14 （ L0 /? d0 ） =arctg（ 6mm/? 40） == 0244? . （ 3）、傳動功率 ? 滾軸絲桿副的傳動功率為： ? =tgr/tg（ r+? ） = 002 442 44 10ggtt ???? = 式中： r—— 絲杠的螺紋升角 ? —— 摩擦角。滾動絲桿副的滾動摩擦因數(shù) f=，摩擦角約等于 10′所以 ? =10′ （ 4）、穩(wěn)定性驗算 臨界壓縮載荷，對于受壓的細長的滾軸絲桿，應(yīng)驗算其承受最大軸向壓縮載荷Fmax 時是否會產(chǎn)生縱向彎曲。 21m ax 2 1wdf EIF lf?? 式中 E—— 絲桿材料彈性量，對綱 E= 1011 N/m2 L—— 絲杠兩支承端距離（ m）， L=。 f1 —— 絲杠的支承方式系數(shù)， f1 = fwd —— 許用穩(wěn)定性安全系數(shù)， fwd =3 I—— 絲杠截面慣性矩（ m4 ） I= 4164d?= ? = d1 —— 絲杠螺紋底徑（ m）， d1 =d0 = =. ∴ 21m ax 2 1wdf EIF lf??= 2 1 122 3 .1 4 2 .0 6 1 0 11 5 0 0 3? ? ? ?= （ 5）、剛度驗算 滾珠絲杠副的軸向變形會影響進給系統(tǒng)的定位精度及運動平穩(wěn)性，因此驗算滿載時候的軸向變形量。 ① 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1? 。 1? 在總變形量中占的比重教大 010l Ll? ??? 式中 l 滾珠絲杠支撐間的受力長度 (mm) 0l 滾珠絲杠的導(dǎo)程 (mm) 0l? 在工作載荷作用引起的導(dǎo)程變化量 (mm) 又∵ 00 mFLl EA? ?? 式中 mF 軸向平衡載荷 E 材料彈性模量 鋼 = 10 ( / )N mm? 高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說明書 15 A 滾珠絲杠橫截面積 A= 2 21 ()4d mm? = 2 2 23 6 .0 2 1 0 1 8 .54 m m m? ?? 00 mFLl EA? ?? = 62 5 1 4 .8 62 0 .6 1 0 1 0 1 8 .5 mm?? ?? = 10 mm??? 4 201 0 0 . 7 1 9 1 0 1 5 0 0 1 . 7 9 1 06l mml m m?? ?? ?? ? ? ? ? ?mm “ +”號用于拉伸。由于兩端均采用角接觸球軸承且絲杠又進行了預(yù)緊，故其拉壓剛度端固定的絲杠提高四 倍。其實際變形為 ?? 。 211 1 . 7 9 1 0 0 . 0 0 4 444 mm?? ?? ? ? ? ? ? ② 滾珠與螺紋接觸變形量 2? ，此項變形占總變形量的比重也教大，當(dāng)對絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的 1/3 時，之值可減少一半， 又∵2 230 .0 0 1 3 mwyFd F Z??? 式中 mF —— 軸向工作載荷（ N） yF —— 預(yù)緊力 wd —— 滾珠直徑 Z? —— 滾珠數(shù)量其為圈數(shù) K 列數(shù) Z每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù) 外循環(huán) Z= 0 3wdd? ? d0 —— 滾珠絲杠公稱直徑 2 23 100 .0 0 1 3 mwyFd F Z??? = 23 ( )?? ?????? 據(jù)上所訴，實際變形量為 : 22 2????= ③ 支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 3? 支撐滾珠絲杠的軸承為 8107 型推力軸承，幾何參數(shù) d1 =35mm，滾球直徑 mm? 滾動體數(shù)量 QZ =18 軸承的軸向接觸變形 3? 為： 2 2333 22 2 5 1 4 . 80 . 0 0 4 0 . 0 0 2 4 0 . 0 0 2 4 3 . 1 3 1 6 0 . 0 0 7 5 1 66 . 3 5 1 8mF mmdZ? ? ? ? ??mm 因施加預(yù)緊力，故實際變形量 3311 0 . 0 0 7 5 1 6 0 . 0 0 3 7 5 822??? ? ? ? ?mm 高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說明書 16 注意 mF 單位為 kg ∴總變形量 ? = 1? +?2+? 3 =++0041+= 又有前面已知條件可得： ＜ 的定位精度。 符合要求。 減速齒輪的設(shè)計 i 根據(jù)機床設(shè)計的要求，縱向進給脈沖當(dāng)量為 ，滾珠絲杠導(dǎo)程 L0 =6mm， 及初選的步進電動機的步距角 ，傳動比為 0 .7 5 6 51 .2 53 6 0 0 .0 1 4i ?? ? ?? 因為 I5,故可 為一級齒輪傳動。 I= 21ZZ = 5 404 32? 因進給運動齒輪受力不大。根據(jù)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》選取第一系列中的模樹 m=2壓力角=200 ∴ d1 =M1 z=2 32=64mm 22 2 40 80m m md z? ? ? ? 分度圓直徑 1ad = 1d +2ah =m(1z +2*ah )=2(32+2? 1)=68 mm 2ad = 2d +2ah =m(2z +2*ah )=2(40+2? 1)=84 ㎜ *ah 齒頂高系數(shù)，我國標準規(guī)定： m≥ 1㎜時，正常齒制 *ah =1 齒根圓徑 1fd = 1d 2fh =m(1z 2*ah 2*c )=2(32? 22? )=59 2fd = 2d 2fh =m(2z 2*ah 2*c )=2(40? 22? )=75. *c 頂隙系數(shù) 我國標準規(guī)定：≥ 1 mm 時，正常齒制 *c = 齒寬 b=d? 1d為了減小加工量，也為了裝配和調(diào)整方便，大齒齒寬應(yīng)小于齒輪齒寬，取21dbd??，則12 (5 ~ 10) mmbb?? 取d?=1 所以 2 0. 5 64 32m m m mb ? ? ? 12 ( 5 ~ 1 0 ) 3 8m m m mbb? ? ? 所以減速齒輪參數(shù)為： 121 1 26 4 , 3 8 , 2 , , 3 2 , 3 2 , 4 020m m m m m m m m md b d zz? ? ? ? ? ? ? ? 大小齒輪的材料均為 40 rG 合金鋼，考慮到對傳動要求和制造方便采用直齒傳動從動齒輪齒輪錯齒輪法消除和 間隙，熱處理采用調(diào)壓處理，小齒輪 硬度 246ssHB HB? ，大齒輪 ： 硬度 220sSHB HB? 三、步進電動機的選擇 計算負載慣量的意義 慣量匹配條件 慣量匹配是指進給系統(tǒng)負載慣量與伺服電動機轉(zhuǎn)子慣量相匹配。 條件是： 1〈 MJJ 〈 4 高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說明書 17 式中： MJ —— 伺服電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量（ ）可有 伺服電動機技術(shù)手冊查出。 J—— 負載慣量（ ），即進給系統(tǒng)（傳動軸、齒輪、工作臺等）折算到伺服電動機上全部負載轉(zhuǎn)動慣量。 負載慣量的計算 參考同類型機床，初步選用反應(yīng)式步進電動機 150BF002，其電動機轉(zhuǎn)動慣量MJ =10 。 傳動系統(tǒng)折算到步進電動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為： （ 1）、齒數(shù) Z1 、 Z2 折算到步進電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量為 ： 34 5 3 4 31 1 111 7 . 8 1 0 / ( 6 . 4 ) 2 1 0 3 . 2 1 /3 2 3 2 ggJ d L k c m c m k c m? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 34 5 3 4 32 1 111 7 . 8 1 0 / 8 2 1 0 6 . 2 7 /3 2 3 2J d L k c m c m k c m? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 2）、絲杠折算到步進電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 從表查得 1m 的絲杠的MJ = ∴ JS = = （ 3）、等效轉(zhuǎn)動慣量為： J=J1 + 220122( ) ( ) ( )2S LZ WJJZG ????????? =+ (