滚珠丝杠热伸长量的控制与试验.pdf

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1、李流DOI：10．3969／j．issn．1009-9492．2012．05．020滚珠丝杠燕伸长量的控制与试验杨习军，蓝拍基(广州机床厂有限公司，广东广州511430)摘要：数控机床滚珠丝杠采用预拉伸结构，适应加工高精度零件要求，通过理论计算和实践试验相结合的方法，得出滚珠丝杠的预拉伸量。关键词：滚珠丝杠；热位移；预拉伸中图分类号：TG502．3文献标识码：A文章编号：1009—9492f2012)05—0076一o4ControlandTestonThermalExpansionLengthofBallScrewsYANGXi-iun，LANPa

2、i—i(GuangzhouMachineToolWorksCo．，Ltd．，Guangzhou511430，China)Abstract：BallscrewsofCNClathesadoptPre—stretchingstructuretomeettherequirementofmachininghighaccuratespareparts．ThePre—stretchingresultoftheballscrewcomesfromthetheoreticalcalculationandpracticetestcombination．Keywords

3、：ballscrews；heatdisplacement；pre—stretching笔者所在公司生产生产的斜床身系列数控机移，致使加工精度下降，在加工零件对精度要求床，定位为中高档机床，小批试制的机床客户在比较高时，丝杠精度严重影响加工精度，容易做使用过程中，反映加工的零件尺寸不稳定会产生造废品率高。变化，一般机床在运行30分钟后才稳定，拿G一160P来说，尺寸影响一般在0．04—0．05ram间(直径)。如何解决此问题?从三方面着手解决此问题，一是分析丝杠结构布局和改良丝杠结构；二是确定改良后丝杠结构的变形量；图1无预拉伸丝杠结构三是对改良后的丝

4、杠结构进行工艺试验。以G一160P为例，并进行了工艺验证(2)改成预拉伸结构丝杠与规范，解决了丝杠热位移问题。丝杠结构准备采用预先拉伸的方法，将丝杠1丝杠分析丝杠结构布局和改良丝杠结构在未运动及发热伸长前，将丝杠预先拉伸到一定(1)原来的丝杠结构图的量，待丝杠发热后丝杠伸长量抵消大部分发热丝杠采用一端固定，一端游动方式，(如图伸长量，减少丝杠的热伸长量造成的精度影响；1)此种方式，由于丝杠在加工过程发热产生热位丝杠预拉伸结构采用一端固定，另一端对丝杠进收稿日期：2012—02—15墅行拉伸，结构如图2所示。表1丝杠预拉伸端轴承的选定2确定预拉伸丝杠的

5、螺母锁紧量(1)丝杠热伸长量的确定由于丝杠在运运时发生磨擦，产生热量；根据材料热变形，有两个方面热膨胀，一径向膨胀伸长，一是轴向膨胀伸长，但影响机床精度的只是轴向膨胀伸长。轴向热位移的大小可由以下公式算出：6：·At·L(rn)，式中Ot：线性膨胀系数(12．0×10oC)F=43kN的力，测量施加压力前与施加压力后的高：丝杠轴的温升，一般取3℃～5~C；度差AH值的变化，拿了五套轴承去测量，其测量，J：螺纹有效长度。数据如表2所示。(4)丝杠预拉伸端压紧螺母变形量的确定如图4，设计并制造一套这样的测量装置，并对该螺母同样施加丝杠预拉伸所需的F=43

6、kN的力，测量施加压力前与施加压力后的高度差Ah值的变化，拿了五图2预拉伸丝杠结构套螺母去测量，其测量数据如表3所示。G一160P数控机床的x轴丝杠相关参数如下：(5)丝杠预拉伸螺母锁紧量的确定长度L=0．5m，丝杠温升At=4oC，丝杠材料为丝杠预拉伸时的锁紧量为：钢材，线性膨胀系数取11×10～，则轴由于温R总=6+△H+2Ah=0．022+0．021+2X0．135=升产生的热位移为：0．313mm。=11．0xl0～x4x0．5=22x10(m)。理论计算出的结果与客户反映的误差基本相表2轴承测量数据表3螺母测量数据符(直径为此值两倍)。序号

7、△H序号Ah(2)预拉伸结构轴承的选定10．021mm10．122mm1)轴承轴向承受力的确定20．022mm2O．152ram根据丝杠伸长量确定丝杠轴承的轴向承受30．02lmm3O．136ram力；材料的轴向变形与受力关系公式如下：40．020mm4O．138mmF=Al·E·AlL，50．023mm5O．128ramF为丝杠预拉伸所需的力；Al=即丝杠热位移量；E为丝杠材料的弹性模量；L为丝杠两前后AH平均值约为O．021ramAh平均值约为0．135mm轴承的跨距；A为丝杠截面积。该丝杠螺母的螺距为1．5mm，则该螺母拧贴即F=22×10一×

8、200×10"9×4．9X1()^f一6)／0．5=后，再锁紧的角度为：43kNa=0-313／1．5·36