数控机床双滚珠丝杠进给驱动研究.pdf

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1、数控机床双滚珠丝杠进给驱动研究+严江云字立敏余光怀(沈机集团昆明机床股份有限公司，云南昆明650203)摘要：通过理论分析、设计计算及实际验证，研究了双滚珠丝杠进给驱动对机床的高速、高精度、高稳定性等性能的影响，论证了双丝杠重心驱动的优越性及其在国产高档数控机床广泛应用价值。关键词：传动刚性双滚珠丝杠进给驱动重心驱动中图分类号：TG659文献标识码：AThestudyonthedoubleballscrewtodriveintonumericalcontrolmachineYANJiangyun，ZILimin。YUGuanghuai(Sh

2、enjiGroupKunmingMachineToolCompanyLimited，Kunming650203。CHN)Abstract：Throughthetheoreticalanalysis-designcalculationandtheactualtestverify，theinfluenceofthedoub—leballscrewtodriveintothetransmissionrisidformachinetools，highspeedandhighandtheprecisioneffectonthestabilitywas

3、researched，theofdrivenatthecenterofandtheworthofsuperioritygravitythedoublescrewdriverhigh-gradenumericalcontrolmachineweredemonstrated．Keywords：TransmissionRigid；DoubleBallScrewtoDrive；DrivenattheCenterofGravity随着机床行业的快速发展，高速、高精度、高稳定制的指标。国内外机械行业对机床刚性指标的研究已性成为现代机床发展的趋势，这几项

4、指标在加工中心经形成一股热潮，尤其是对传动刚性的设计研究，是一上体现得更为明显。(1)高速：机床采用电主轴，主轴项非常热门的研究课题。机床传动刚性的提升，将为最高转速达到15000r／min以上，最大进给快速达到机床的其他各项性能指标的提升开拓出更为广阔的发80m／min以上。(2)高精度：对设备热变形误差和空展空间。本文以丝杠传动为例，通过研究传统的进给间误差进行综合补偿，定位精度达到纳米级；(3)高稳驱动方式与双丝杠驱动方式的刚性指标和寿命指标，定性：结构或构件受力后保持原有稳定平衡状态的能进行对比验证，设计出一种刚性更好，寿命更长的传

5、动力。机床稳定性主要体现在定位精度及重复定位精度方式，不仅满足了高速高精度机床的各项指标，还为机的保挣

6、生，机床连续工作时间以及使用寿命上。床的各项性能的提升奠定了坚实的基础。上述指标必须建立在机床自身刚性指标的基础1典型丝杠进给驱动上。其中刚性指标又包括两个方面：(1)结构刚性，是指零件自身的抗变形能力以及无相对运动的两个或者数控机床典型的丝杠驱动形式如图1所示。图多个零件之间的连接抗变形能力。现有的技术条件完1a中伺服电动机1驱动小带轮2，通过同步齿形带带全可以满足高速高精度机床对结构刚性的需求。笔者动大带轮3驱动滚珠丝杠5，从而实现工

7、作台滑座6公司生产的卧式加工中心采用整体式床身设计，减少的进给，大带轮3通常采用强度较好的z2型胀紧套与连接环节，通过实际工况下的边界条件对其进行有限滚珠丝杠5相连接。此结构一般应用于低速重载、需元分析验证，结构刚性得以大大提升，足以满足机床刚较大的进给力且加工精度要求不高的情况。性要求。(2)传动刚性，是指传动系统各个环节之间图1b中伺服电动机1通过高刚性的弹性联轴器的连接刚性以及在传动过程中整个系统的抗振性，主7直接驱动滚珠丝杠5，从而实现工作台滑座6的进要体现在机床的定位精度和重复定位精度的要求上。给。此结构一般应用于中、低速，精加工

8、机床。机床的传动刚性是一个比较复杂，影响因素多，难以控进给驱动系统轴向上的刚性主要取决于传递动力@}2010国躲家重大科技专项(编号2010ZX04001—021)设计与研究D枷and№蚴的滚珠丝杠，驱动系统的刚性越高，则选用的滚珠丝杠式中：d，为滚珠丝杠底径；E为纵向弹性系数(E=2．06外径越大，而这与机床的高速进给是相矛盾的。要高x105MPa)；f为丝杠数量。从式(2)和式(3)可以看出速，则滚珠丝杠外径尽量小，从而减小丝杠的发热量和丝杠的dxn值、自身刚性与丝杠的直径d和数量i有增加丝杠的使用寿命。因此典型的单滚珠丝杠进给驱关，单

9、丝杠传动时dxn值大于100000，需与滚珠丝杠动已不能满足现代机床的要求。厂家联系，特殊定制，价格成本往往较高。若要降低成本，则只能通过减小滚珠丝杠的直径d来实现，这样一来，丝