数控机床进给系统轴向定位精度分析.pdf

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1、拦旦主持谢景M叫l测量数控机床进给系统轴向定位精度分析沈阳机床(集团)设计研究院有限公司(辽宁110142)李兆维滚珠丝杠副作为精密、高效的传动元件在精密工作，例如数控车床z轴进给，多采用靠近主轴端机床、数控机床中得到广泛应用。在数控机床的进固定。给传动系统中，经常采用滚珠丝杠作为传动元件，其轴向定位精度直接影响了数控机床的整体性能。在数控机床的设计使用中，会有诸多因素对滚珠丝杠轴向定位精度造成影响，本文对这些因素进行分(a)一端固定、一端浮动支撑析，并提出一些相应的应对措施。1．滚珠丝杠系统轴向刚度(b)一端固定、一端自由随着数

2、控机床的发展，快移速度及进给速度要图1一端固定安装方式示意图求不断提高，导致滚珠丝杠系统所承受的轴向力越第二种情况是两端固定(见图2)。此种安装方来越大。因此，滚珠丝杠系统的轴向刚性对数控机式可等效为两端固定的简支梁形式，根据材料力学床轴向定位精度的影响也日趋明显。对滚珠丝杠系相关知识可得：统刚性产生影响的因素主要包括丝杠轴的轴向刚度、AEL螺母的轴向刚度、支撑轴承的轴向刚度等。=(1)丝杠轴的轴向刚度对于同种材料、同种式中，是丝杠轴的轴向刚度(N／l~m)；A是丝杠规格的丝杠，不同的轴端支撑形式，丝杠轴的轴向轴的剖面面积(mm。

3、)；E是弹性模量，这里E=刚度也不尽相同。可简化为一端固定和两端固定两2．06×10MPa；L是丝杠安装距离(mm)；0、b分种情况。第一种情况是一端固定，另一端支撑或自别是作用点到两个轴端的距离(mm)。由(见图1)。此种安装方式可等效为一端固定的悬这种安装方式当／7,=b=L／2时刚度最小，为=臂梁形式，根据材料力学相关知识可得：4AE瓦，故两端固定的安装方式刚度远高于一端K：丽AE固定。式中，是丝杠轴的轴向刚度(N／i,zm)；A是丝杠轴的剖面面积(mm)；E是弹性模量，这里E=2．06×10MPa；L是作用点到固定端的距离

4、(mm)。由公式可见，在相同轴向载荷作用下，距离固定端越远值越小，即轴向变形越大，对定位精度图2两端固定安装方式示意图的影响也就越大。所以在使用此种轴端支撑形式的(2)螺母的轴向刚度滚珠丝杠螺母的刚度不时候，应尽量使进给系统更多地在靠近固定端一侧仅与螺母尺寸、钢球大小、螺母形式有关，对于相参磊冷肛⋯65M⋯。I测量同规格的螺母而言，预压不同，螺母的轴向刚度会热量并导致温度的升高，此时丝杠轴也会现热位有很大差别，二者的弹性变形曲线如图3所示。移进而导致定位精度的下降。热位移6．的大小可通轴向位移过下式求得：6=c~Atl26a0式中

5、，Ot是线膨胀系数；At是丝杠轴温升；f．．是螺纹有效长度。南上式可见，温升对定位精度影响明显。为防止滚珠丝杠温度上升，可采用如下对策：(1)不对滚珠丝杠及支撑轴承施加过大的预紧力。03Fao轴向载荷(2)正确选定并补充适当的润滑剂。3滚珠丝杠弹性变形曲线(3)在快移速度不变的前提下，通过加大滚珠对于无预压型产品，多以轴向载荷为额定载荷丝杠导程来降低转速。30％时的刚度值作为衡量标准，即I／3(4)对丝杠进行强制冷却(如中空丝杠、螺母，、(彘)·8循环水冷等)。式中，是螺母的轴向刚度(N／I,zm)；K是理论轴(5)将基准运行距离

6、的目标值设定为负值。向刚度值(N／I．Lm)；F。是承载轴向载荷(N)；C(6)对丝卡T轴进行预拉伸。是基本额定动载荷(N)。其中，(1)影响丝杠系统刚性，(3)影响驱动对于预压型产品，则多以轴向载荷为基本额定电动机的选择，需要在设计过程巾综合考虑。在结动载荷10％时的刚度值作为衡量标准，即构设计中，对于两端固定的支撑形式，通常对丝杠轴进行预拉伸来补偿热伸长。丝杠两端固定，其中()×()．8一端轴承座轴向可调，拉伸量6等于或略大于热伸式中，是螺母的轴向刚度(N／Ixm)；K是理论轴长量6．。丝杠伸长后，会使预拉伸力下降以至消失，向

7、刚度值(N／Ixm)；F是预压负荷(N)；C是基却不会产生行程误差。进行预拉伸时轴承结构如图4本额定动载荷(N)。所示，其中a、b两种结构均可对丝杠轴进行预拉伸通过对比不难发现，预压型产品的刚度值高于处理。无预压型产品，而且预压值越大，刚度也越高。但预压负载不能无限增大，如图3所示，当轴向负载小于3F时，位移与载荷成线性关系；当轴向负载大于3时，另一侧的轴承将卸荷，故应使轴向负r。‘。IIII．IlI载始终处于小于3的状态，即应大于最大轴向I载荷的1／3。预压负荷的增大会导致丝杠磨损程度加剧，使用寿命降低，一般情况下，预压负载不能

8、大于额定动载荷的10％。(a)丝杠调整的结构(b)垫片调整的结构(3)支撑轴承的轴向刚度滚珠丝杠支撑轴承图4丝杠预拉伸时的轴承结构除了支撑滚珠丝杠及相关附件外，一般还要承受很大的轴向载荷，目前固定端多采用滚珠丝杠专用的3．滚珠丝杠自重变形60。角接