滚珠丝杠计算方法.doc

摘要：本文论述了数控机床进给用滚珠丝杠的选择与计算方法。滚珠丝杠作为当代数控机床进给的主要传动机构，以其长寿命、高刚度、高效率、高灵敏度、无间隙等显著特点而得以广泛应用，成为各类数控机床的重要配套部件，并已实现了标准化、通用化和商品化。为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必须合理选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。 关键词：数控机床；滚珠丝杠；选择计算 1滚珠丝杠副的载荷计算 (1) 工作载荷F 工作载荷F是指数控机床工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向作用力，其数值可用下列进给作用力的实验公式计算： 对于燕尾形导轨机床 F=kFx+f(Fz+2Fy+W)(1) 对于矩形导轨机床 F=kFx+f(Fz+Fy+W)(2) 对于三角形或组合导轨机床 F=kFx+f(Fz+W)(3) 对于钻镗主轴圆导轨机床 F=Fx+f*2M/dz (4) 对于滚动导轨机床 F=Fx+f(Fz+W)+Fr(5) 式(1)～(5)中：Fx、Fy、Fz—x、y、z方向上的切削分力，N； Fr—密封阻力，N；W—移动部件的重量，N； M—主轴上的扭矩，N·m；dz—主轴直径，mm； f′—导轨摩擦系数； f—轴套和轴架以及主轴的键的摩擦系数； k—考虑颠覆力矩影响的实验系数。 正常情况下，k、f与f可取表1数值。 导轨型式 k f f 燕尾形 1.4 0.2 矩形 1.1 0.15 三角形、组合形 1.15 0.15～0.18 钻镗主轴圆导轨 - - 0.15 滚动导轨 - 0.003～0.004 (2) 最小载荷Fmin 最小载荷Fmin为数控机床空载时作用于滚珠丝杠的轴向载荷。此时，Fx=Fy=Fz=0。 (3) 最大工作载荷Fmax 最大载荷Fmax为机床承受最大切削力时作用于滚珠丝杠的轴向载荷。 (4) 平均工作载荷Fm与平均转速nm 当机床工作载荷随时间变化且此间转速不同时， 式中：t1,t2,…，tn分别为滚珠丝杠在转速n1,n2,…，nn下，所受轴向载荷分别是F1,F2,…，Fn时的工作时间(min) 当工作载荷与转速接近正比变化且各种转速使用机会均等时，可用下式求得Fm和nm。 Fm=(2Fmax+Fmin)／3(8) nm=(nmax+nmin)／2(9) 2滚珠丝杠副主要技术参数的确定 (1) 导程Ph 根据机床传动要求，负载大小和传动效率等因素综合考虑确定。一般选择时，先按机床传动要求确定，其公式为： Ph≥vmax/nmax(10) 式中：vmax—机床工作台最快进给速度，mm/min； nmax—驱动电机最高转速，r/min。 在满足控制系统分辨率要求的前提下，Ph应取较大的数值。 (2) 螺母选择 由于数控机床对滚珠丝杠副的刚度有较高要求，故选择螺母时要注重其刚度的保证。推荐按高刚度要求选择预载的螺母型式。其中插管式外循环的端法兰双螺母应用最为广泛。它适用重载荷传动、高速驱动及精密定位系统。并在大导程、小导程和多头螺纹中具有独特优点，且较为经济。 滚珠的工作圈数i和列数j。根据所要求性能、工作寿命，推荐按表2选取。 法兰形状。按安装空间由标准形状选择，亦可根据需要制成特殊法兰形状。 (3) 导程精度选择 根据机床定位精度，确定滚珠丝杠副导程的精度等级。一般情况下，推荐按下式估算： E ≤ (1/4 ~ 3/5) Td (11) 式中：E——累计代表导程偏差，μm; TD——机床有效行程的定位精度，μm。 典型机床进给滚珠丝杠的精度等级选择见表3。 NC机床 应用 车-床 铣-床镗-床 加-工中-心 坐-标镗-床 钻-床 磨-床 电火花机床(EDM) 线切割(EDM) 冲床 激光切割机床 木材加工机床 轴 X Z XY Z XY Z XY Z XY Z X Z XY (Z) XY UV XY XY Z 精度 等级 C0 ○ - - - - - ○ ○ - - ○ C1 ○ - ○ - ○ - ○ ○ - - ○ ○ ○ - ○ ○ C2 ○ - ○ ○ ○ ○ ○ - - - - ○ ○ ○ ○ ○ ○ C3 ○ ○ ○ ○ ○ ○ - - ○ - - ○ ○○ ○ ○ ○ ○ ○ C5 ○ ○ ○ ○ ○ ○ - - ○ ○ - - - ○ - ○ ○ ○ ○ ○ C7 - - - - - - - - - ○ C10 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ○ (4) 累积基准导程目标值T 为补偿由于温度升高或在外部载荷下滚珠丝杠延伸，需规定累积导程的目标值T。以避免温