數(shù)控車床伺服進給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副選擇計算

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1、滾珠絲杠螺母副 是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，它是傳統(tǒng)滑動絲杠的進一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動軸承對滑動軸承所帶來得改變一樣。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器、精密數(shù)控機床。尤其是近年來，滾珠絲杠副作為數(shù)控機床直線驅(qū)動執(zhí)行單元，在機床行業(yè)得到廣泛運用，極大的推動了機床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。這些都取決于其具有以下幾個方面的優(yōu)良特性： 傳動效率高、 定位精度高、 傳動可逆性、 使用壽命長、 同步性能好 編號規(guī)則及含義 FFZD

2、 計算舉例 某臺加工中心臺進給用滾珠絲杠副的設(shè)計計算: ? 已知: 工作臺重量? W1=5000N? 工作及夾具最大重量W2=3000N?? 工作臺最大行程 LK=1000mm?? 工作臺導(dǎo)軌的摩擦系數(shù):動摩擦系數(shù)μ=0.1?? 靜摩擦系數(shù)μ0=0.2?? 快速進給速度? Vmax=15m/min? 定位精度20 μm/300mm?? 全行程25μm? 重復(fù)定位精度10μm?? 要求壽命20000小時(兩班制工作十年)。 表1 切削方式 縱向切削力 Pxi(N)

3、 垂向切削力 Pzi(N) 進給速度 Vi(m/min) 工作時間百分比 % 絲杠軸向載荷 (N) 絲杠轉(zhuǎn)速 r/min 強力切削 2000 1200 0.6 10 2920 60 一般切削 1000 200 0.8 30 1850 80 精切削 500 200 1 50 1320 100 快速進給 0 0 15 10 800 1500 1)確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 因電機與絲杠直聯(lián)，i=1 由表1查得 代入得， 按第2頁表，取 ? ?2）確定當量轉(zhuǎn)速與當量載荷 （1）?各種切削方式下

4、，絲杠轉(zhuǎn)速 ??? ?? 由表1查得 ??? ? 代入得 ??? （1）各種切削方式下，絲杠軸向載荷 由表1查得 ???? 代入得 （3）當量轉(zhuǎn)速 由表1查得 代入得 （2）當量載荷 代入得 3）預(yù)期額定動載荷 （1） 按預(yù)期工作時間估算 按表9查得：輕微沖擊取 fw=1.3 按表7查得：1～3取 按表8查得：可靠性97%取fc=0.44 已知：Lh=20000小時 代入得 （2）擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負載Fmax計算： 按表10查得：中預(yù)載取 Fe=4.5 代入得 取

5、以上兩種結(jié)果的最大值 4）確定允許的最小螺紋底徑 （1） 估算絲杠允許的最大軸向變形量 ?① ≤（1/3～1/4）重復(fù)定位精度 ?② ≤（1/4～1/5）定位精度 ? : 最大軸向變形量?? μm 已知：重復(fù)定位精度10μm, 定位精度25μm ?? ① =3 δm=3 ?? ② =6 取兩種結(jié)果的小值 =3μm (2）估算最小螺紋底徑 ? 絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式 ? (1.1～1.2)行程+（10～14） 已知：行程為1000mm, 代入得 5）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號 （1）選內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒雙螺母型墊片

6、預(yù)形式 （2）?由計算出的在樣本中取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副 FFZD4010-3 6) 確定滾珠絲杠副預(yù)緊力 ?? 其中 7）行程補償值與與拉伸力 （1）?????? 行程補償值 ?? 式中： =（2～4） (2) 預(yù)拉伸力 代入得 8）確定滾珠絲杠副支承用的軸承代號、規(guī)格 （1） 軸承所承受的最大軸向載荷 ??? 代入得 ??? （2）軸承類型 兩端固定的支承形式，選背對背60°角接觸推力球軸承 （3） 軸承內(nèi)徑 ? d 略小于 取 代入得 ? ? （4）軸承預(yù)緊力 預(yù)加負荷≥ （5）按樣本

7、選軸承型號規(guī)格 ??? 當d=30mm? 預(yù)加負荷為：≥FBP ????? 所以選7602030TVP軸承 ????????? d=30mm 預(yù)加負荷為 9 )? 滾珠絲杠副工作圖設(shè)計 (1) 絲杠螺紋長度Ls： Ls=Lu+2Le? 由表二查得余程Le=40 繪制工作圖 （2）兩固定支承距離L1 按樣本查出螺母安裝聯(lián)接尺寸 絲杠全長L （3）行程起點離固定支承距離L0 由工作圖得 Ls=1290 L1=1350 L=1410 L0=30 10 ) 電機選擇（略） 11 ) 傳動系統(tǒng)剛度 （1）絲杠抗壓剛度 ?? 1）絲杠最小抗壓剛度 Ksmin

8、= 6.6 ×10 Ksmin ：最小抗壓剛度??? N/m d2? ：絲杠底徑 L1?? ：固定支承距離 Ksmin=575 N/m 2）絲杠最大抗壓剛度 Ksmax=6.6 ?×10 Ksmax ：最大抗壓剛度??? N/m Ksmax=6617 N/m (2)?支承軸承組合剛度 1)一對預(yù)緊軸承的組合剛度 KBO=2×2.34 KBO：一對預(yù)緊軸承的組合剛度?? N/m dQ? ：滾珠直徑?? mm Z?? ：滾珠數(shù) Famax ：最大軸向工作載荷? N ??? ：軸承接觸角 由樣本查出7602030TUP軸承是預(yù)加載荷的3倍 dQ=7.

9、144????? Z=17??? =60 Kamax=8700?? N/m KBO=375?? N/m 2）支承軸承組合剛度 由表13兩端固定支承 Kb=2 KBO Kb=750?? N/m Kb? ?：支承軸承組合剛度? N/m 3）滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 KC= KC( KC ：滾珠和滾道的接觸剛度?? N/m KC?：查樣本上的剛度?? N/m FP? ：滾珠絲杠副預(yù)緊力?? N Ca? ：額定動載荷???? N 由樣本查得： KC=1410 N/m；Ca=3600N； FP=1000?? N 得KC=920?? N/m 12)? 剛度驗算及精

10、度選擇 （1） = = N/m = ?N/m F0 = 已知W1=5000? N ，? =0.2 F0=1000? N F0?? ：? 靜摩擦力???? N ?：靜摩擦系數(shù) W1? ：正壓力???? N （2）驗算傳動系統(tǒng)剛度 Kmin Kmin ：傳動系統(tǒng)剛度?? N 已知反向差值或重復(fù)定位精度為10 Kmin=222＞160 （3）傳動系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差 =1.7m （4）確定精度? ?? V300p? ：任意300mm內(nèi)的行程變動量對半閉環(huán)系統(tǒng)言， ? V300p≤0.8×定

11、位精度- 定位精度為20m/300 V300p＜14.3m 絲杠精度取為3級 V300p=12m＜14.3 (5)?確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號 已確定的型號：FFZD 公稱直徑：40?? 導(dǎo)程：10 螺紋長度：1290 絲杠全長：1410 P類3級精度 FFZD4010-3-P3? /1410×1290 13)? 驗算臨界壓縮載荷?? Fc?? ：??N 絲杠所受最大軸向載荷Fmax小于絲杠預(yù)拉伸力F不用驗算。 14 ) 驗算臨界轉(zhuǎn)速 nc=f×10 nc? :?? 臨界轉(zhuǎn)速???? r/min f?? ：與支承形式有關(guān)的系數(shù) ?：絲杠底徑 mm ? ：

12、臨界轉(zhuǎn)速計算長度??? mm 由表14得f=21.9 由樣本得d2=34.3 由工作圖及表14得：Lc2= L1- L0 4310＞nmax=1500 15?) 驗算： Dn=Dpw nmax D?pw ：? 滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑?? mm nmax :? 滾珠絲杠副最高轉(zhuǎn)速?? r/min Dpw≈41.4mm nmax=1500r/min 62100＜70000 16)? 滾珠絲杠副形位公差的標注? （略） 表1： 支承方式 簡 圖 K2 　λ f 一端固定 一端自由 0.25 1.875 3.4 一端固定 一端游動 2 3.927 15.1 二端支承 1 3.142 9.7 二端固定 4 4.730 21.9 δm=3