滚珠丝杠副的选型计算与应用.pdf

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1、滚珠丝杠副的选型计算与应用南京工艺装备制造有限公司(江苏240001)黄育全在数控机床的设计中，为了满足数控机床高进对于矩形导轨机床给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，F=kFx+厂(+F+)(2)必须合理选择滚珠丝杠副。滚珠丝杠的选择主要包对于三角形或组合导轨机床括精度、尺寸规格(包括导程与公程直径)、承载能F=kFx+_厂(+)(3)力、支承方式等几个方面的内容。除此之外，还应对于钻镗主轴圆导轨机床对其进行必要的校核计算，如对细长而又承受压缩F=+2fMd(4)载荷的滚珠丝杠应作压杆稳定性核算；对转速较高，对于滚动导轨机床支承距离大的滚

2、珠丝杠副应作临界转速校核；对精F=+l厂(+)+F(5)度要求高的滚珠丝杠应作刚度校核等。式中，、F、分别为X、Y、方向上的切削分力1．滚珠丝杠副的导程P的确定(N)；F为密封阻力(N)；W为移动部件的重量计算公式为(N)；M为主轴上的转矩(N·m)；为主轴直径(mril)。P凡mx摩擦系数如表1所示。式中，⋯为机床工作台最快进给速度(mm／min)；表1摩擦系数／2为驱动电动机最高转速(r／rain)；i=n／n。max导轨型式ff在满足控制系统分辨率要求的前提下，一般P燕尾形1．4O．2矩形1．1O．15取与之相近较大的圆整值。三角形、组合形1．

3、15O．15一O．18当电动机与滚珠丝杠副直联时i=1，即钻镗主轴圆导轨O．15滚动导轨0．003—0．O04P：n⋯其中，．厂为导轨摩擦系数；f为轴套和轴架以及主轴2．精度选择的键的摩擦系数；k为考虑颠覆力矩影响的实验系滚珠丝杠的精度直接影响数控机床的定位精度，数。正常情况下，、f与／可取表l中的数值。在滚珠丝杠精度参数中，其导程精度误差对机床定位最小载荷F⋯为数控机床空载时作用于滚珠丝杠精度影响最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任的轴向载荷。机床空载时滚珠丝杠副的传动力主要意300ram行程变动量。。应小于目标设定的300mm是工作台重量引起的摩

4、擦力。此时，Fx=F==0。定位精度值的1／3～1／2，在最后精度验算中确定。最大载荷F⋯为机床承受最大切削力时作用于滚3．滚珠丝杠副的载荷及转速计算珠丝杠的轴向载荷，如机床切削时，切削力在滚珠工作载荷F是指数控机床工作时，实际作用在丝杠轴向的分力与导轨摩擦力之和(这时导轨摩擦滚珠丝杠上的轴向作用力，其数值可用下列进给作力是由工作台、工件、夹具三者总的重量以及切削用力的试验公式计算：力在垂直导轨方向的分量共同引起)。对于燕尾形导轨机床滚珠丝杠副的当量转速n及当量载荷F滚珠F=kFx+厂(+2F+)(1)丝杠副在／7,．、n：⋯n，各种转速下，各转速工

5、作时间皇参?一．．．参磊工。冷加工M蒸⋯re占总时间的百分比分别为t。％、t2％⋯tn％，所受载从制造商的产品样本中初步选择滚珠丝杠副的公称荷分别是F、⋯F。直径D，满足下式C≥C其次确定螺母的预紧方式及长度，并根据工作F=台行程确定丝杠副螺纹长度。一般情况下，滚珠丝n=n。+．．·+杠副螺纹部分长与直径比应小于或等于50。6．精度校核当负荷与转速接近正比变化时，各种转速使用丝杠的导程误差、伺服系统误差、各机械环节机会均等时，可采用下列简化公式计算(见表2)。弹性变形引起的误差是影响数控机床数控轴定位精n=(n+ni)／2度的因素。一般情况下，在以上

6、各环节中影响弹性Fm=(2F⋯+F)／3变形自大到小排列顺序是：滚珠丝杠本身的拉压刚表2精度等级度、支承轴承的轴向刚度、滚珠丝杠副中滚珠精度等级1、2、34、5710与滚道的接触刚度、折合到滚珠丝杠副上的伺服1．OO．90．8O．7系统的刚度、联轴节的刚度、滚珠丝杠副的扭4．依据当量转速，l及当量载荷F确定预期额定转刚度、螺母座及轴承座的刚度，所以滚珠丝动载荷e杠副传动系统的刚度K可按下式计算按滚珠丝杠副的预期工作时间L(h)计算】】】】】】】】C=~3／。un而F．f~其中，前三项最主要，而K又占总量的(1／3～式中，为精度系数，根据初定的精度等级

7、(见表1／2)。所以一般情况下系统的刚度K可按下式进行2)选；为可靠性系数，一般情况下=1，在重要计算场合，要求一组同样的滚珠丝杠副在同样条件下使：++用寿命超过希望寿命的90％以上时(见表3)选；KKKbK：为负荷系数，根据负荷性质(见表4)选。丝杠抗压刚度计算公式如下：表3可靠性系数(1)丝杠支承形式为一端固定，一端支承或自由可靠性％909596979899K=警0～_65鲁1O．62O．53O．440．33O．21式中，K为拉压刚度(N／mm)；E为杨氏弹性模量表4负载性质系数2．1×10N／ram；d2为丝杠底径(mm)；L为滚珠螺负荷性质无

8、冲击(很平稳)轻微冲击伴有冲击或震动母至固定支承的距离，当滚珠螺母至固定支承的距1～1．21．2～1．51．