滚珠丝杠副的选型计算与应用.doc

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给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求， 必须合理选择滚珠丝杠副。滚珠丝杠的选择主要包 括精度、尺寸 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 给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求， 必须合理选择滚珠丝杠副。滚珠丝杠的选择主要包 括精度、尺寸规格 ( 包括导程与公程直径) 、承载能 力、支承方式等几个方面的内容。除此之外，还应 对其进行必要的校核计算，如对细长而又承受压缩 载荷的滚珠丝杠应作压杆稳定性核算; 对转速较高， 对于矩形导轨机床 F = kFx + f ( Fz + Fy + W) 对于三角形或组合导轨机床 F = kFx + f ( Fz + W) 对于钻镗主轴圆导轨机床 F = Fx + 2fMdz 对于滚动导轨机床 ( 2) ( 3) ( 4) 支承距离大的滚珠丝杠副应作临界转速校核; 度要求高的滚珠丝杠应作刚度校核等。 对精 F = Fx + f ( Fz + W) ( 5) + Fr 式中，Fx 、Fy 、Fz 分别为 x、y、z 方向上的切削分力 ( N) ; Fr 为密封阻力 ( N) ; W 为 移动部件的重量 1. 滚珠丝杠副的导程 Ph 的确定 ( N) ; M 为主轴上的转矩 ( N·m) ; dz 为主轴直径 ( mm) 。 摩擦系数如表 1 所示。 表 1 摩擦系数 计算公式为 vmax Ph = in max 式中，vmax 为机床工作台最快进给速度 ( mm / min) ; nmax 为驱动电动机最高转速 ( r / min) ; i = n丝 / n电 。 在满足控制系统分辨率要求的前提下，一般 Ph 取与之相近较大的圆整值。 当电动机与滚珠丝杠副直联时 i = 1，即 vmax Ph = n 其中，f 为导轨摩擦系数; f 为轴套和轴架以及主轴 的键的摩擦系数; k 为考虑颠覆力矩影响的实验系 数。正常情况下，k、f 与 f 可取表 1 中的数值。 最小载荷 Fmin 为数控机床空载时作用于滚珠丝杠 的轴向载荷。机床空载时滚珠丝杠副的传动力主要 max 2. 精度选择 滚珠丝杠的精度直接影响数控机床的定位精度， 在滚珠丝杠精度参数中，其导程精度误差对机床定位 精度影响最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任 意 300mm 行程变动量 V300p 应小于目标设定的 300mm 定位精度值的 1 /3 ～ 1 /2，在最后精度验算中确定。 3. 滚珠丝杠副的载荷及转速计算 工作载荷 F 是指数控机床工作时，实际作用在 滚珠丝杠上的轴向作用力，其数值可用下列进给作 用力的试验公式计算: 对于燕尾形导轨机床 是工作台重量引起的摩擦力。此时，F = F = F = 0。 x y z 最大载荷 Fmax 为机床承受最大切削力时作用于滚 珠丝杠的轴向载荷，如机床切削时，切削力在滚珠 丝杠轴向的分力与导轨摩擦力之和 ( 这时导轨摩擦 力是由工作台、工件、夹具三者总的重量以及切削 力在垂直导轨方向的分量共同引起) 。 滚珠丝杠副的当量转速 nm 及当量载荷 Fm : 滚珠 丝杠副在 n 、n … n ，各种转速下，各转速工作时 F = kF + f ( F + 2F + W) ( 1) 导轨型式 k f f 燕尾形 1. 4 0. 2 矩形 1. 1 0. 15 三角形、组合形 1. 15 0. 15 ～ 0. 18 钻镗主轴圆导轨 0. 15 滚动导轨 0. 003 ～ 0. 004 间占总时间的百分比分别为 t1 % 、t2 % … tn % ，所受载荷分别是 F1 、F2 …Fn 。直径 Do ，满足下式Ca ≥Cam其次确定螺母的预紧方式及长度，并根据工作 台行程确定丝杠副螺纹长度。一般情况下，滚珠丝 杠副螺纹部分长与直径比应小于或等于 50。3t1t2tnF3331 n1 100 + F2 n2 100 + … + Fn n1 100Fm = 槡nmt1t2tn6.精度校 间占总时间的百分比分别为 t1 % 、t2 % … tn % ，所受 载荷分别是 F1 、F2 …Fn 。 直径 Do ，满足下式 Ca ≥Cam 其次确定螺母的预紧方式及长度，并根据工作 台行程确定丝杠副螺纹长度。一般情况下，滚珠丝 杠副螺纹部分长与直径比应小于或等于 50。 3 t1 t2 tn F3 3 3 1 n1 100 + F2 n2 100 + … + Fn n1 100 Fm = 槡 n m t1 t2 tn 6