数控车床伺服进给系统滚珠丝杠螺母副选择计算

滚珠丝杠螺母副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动，它是传统滑动丝杠的进一步延伸发展。这一发展的深刻意义如同滚动轴承对滑动轴承所带来得改变一样。滚珠丝杠副因优良的摩擦特性使其广泛的运用于各种工业设备、精密仪器、精密数控机床。尤其是近年来，滚珠丝杠副作为数控机床直线驱动执行单元，在机床行业得到广泛运用，极大的推动了机床行业的数控化发展。这些都取决于其具有以下几个方面的优良特性：传动效率高、定位精度高、传动可逆性、使用寿命长、同步性能好编号规则及含义FFZD计算举例某台加工中心台进给用滚珠丝杠副的设计计算:已知:工作台重量W1=5000N工作及夹具最大重量W2=3000N工作台最大行程LK=1000mm工作台导轨的摩擦系数:动摩擦系数μ=0.1静摩擦系数μ0=0.2快速进给速度Vmax=15m/min定位精度20μm/300mm全行程25μm重复定位精度10μm要求寿命20000小时(两班制工作十年)。表1切削方式纵向切削力Pxi(N)垂向切削力Pzi(N)进给速度Vi(m/min)工作时间百分比%丝杠轴向载荷(N)丝杠转速r/min强力切削200012000.610292060一般切削10002000.830185080精切削5002001501320100快速进给00151080015001)确定滚珠丝杠副的导程因电机与丝杠直联，i=1由表1查得代入得，按第2页表，取2）确定当量转速与当量载荷（1）各种切削方式下，丝杠转速由表1查得代入得（1）各种切削方式下，丝杠轴向载荷由表1查得代入得（3）当量转速由表1查得代入得（2）当量载荷代入得3）预期额定动载荷（1）按预期工作时间估算按表9查得：轻微冲击取fw=1.3按表7查得：1～3取按表8查得：可靠性97%取fc=0.44已知：Lh=20000小时代入得（2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载Fmax计算：按表10查得：中预载取Fe=4.5代入得取以上两种结果的最大值4）确定允许的最小螺纹底径（1）估算丝杠允许的最大轴向变形量①≤（1/3～1/4）重复定位精度②≤（1/4～1/5）定位精度:最大轴向变形量µm已知：重复定位精度10µm,定位精度25µm①=3δm=3②=6取两种结果的小值=3µm(2）估算最小螺纹底径丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式(1.1～1.2)行程+（10～14）已知：行程为1000mm,代入得5）确定滚珠丝杠副的规格代号（1）选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式（2）由计算出的在样本中取相应规格的滚珠丝杠副FFZD4010-36)确定滚珠丝杠副预紧力其中7）行程补偿值与与拉伸力（1）行程补偿值式中：=（2～4）(2)预拉伸力代入得8）确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格（1）轴承所承受的最大轴向载荷代入得（2）轴承类型两端固定的支承形式，选背对背60°角接触推力球轴承（3）轴承内径d略小于取代入得（4）轴承预紧力预加负荷≥（5）按样本选轴承型号规格当d=30mm预加负荷为：≥FBP所以选7602030TVP轴承d=30mm预加负荷为9)滚珠丝杠副工作图设计(1)丝杠螺纹长度Ls：Ls=Lu+2Le由表二查得余程Le=40绘制工作图（2）两固定支承距离L1按样本查出螺母安装联接尺寸丝杠全长L（3）行程起点离固定支承距离L0由工作图得Ls=1290L1=1350L=1410L0=3010)电机选择（略）11)传动系统刚度（1）丝杠抗压刚度1）丝杠最小抗压刚度Ksmin=6.6×10Ksmin：最小抗压刚度N/md2：丝杠底径L1：固定支承距离Ksmin=575N/m2）丝杠最大抗压刚度Ksmax=6.6×10Ksmax：最大抗压刚度N/mKsmax=6617N/m(2)支承轴承组合刚度1)一对预紧轴承的组合刚度KBO=2×2.34KBO：一对预紧轴承的组合刚度N/mdQ：滚珠直径mmZ：滚珠数Famax：最大轴向工作载荷N：轴承接触角由样本查出7602030TUP轴承是预加载荷的3倍dQ=7.144Z=17=60Kamax=8700N/mKBO=375N/m2）支承轴承组合刚度由表13两端固定支承Kb=2KBOKb=750N/mKb：支承轴承组合刚度N/m3）滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度KC=KC(KC：滚珠和滚道的接触刚度N/mKC：查样本上的刚度N/mFP：滚珠丝杠副预紧力NCa：额定动载荷N由样本查得：KC=1410N/m；Ca=3600N；FP=1000N得KC=920N/m12)刚度验算及精度选择（1）==N/m=N/mF0=已知W1=5000N，=0.2F0=1000NF0：静摩擦力N：静摩擦系数W1：正压力N（2）验算传动系统刚度KminKmin：传动系统刚度N已知反向差值或重复定位精度为10Kmin=222＞160（3）传动系统刚度变化引起的定位误差=1.7m（4）确定精度V300p：任意300mm内的行程变动量对半闭环系统言，V300p≤0.8×定位精度-定位精度为20m/300V300p＜14.3m丝杠精度取为3级V300p=12m＜14.3(5)确定滚珠丝杠副的规格代号已确定的型号：FFZD公称直径：40导程：10螺纹长度：1290丝杠全长：1410P类3级精度FFZD4010-3-P3/1410×129013)验算临界压缩载荷Fc：N丝杠所受最大轴向载荷Fmax小于丝杠预拉伸力F不用验算。14)验算临界转速nc=f×10nc:临界转速r/minf：与支承形式有关的系数：丝杠底径mm：临界转速计算长度mm由表14得f=21.9由样本得d2=34.3由工作图及表14得：Lc2=L1-L04310＞nmax=150015)验算：Dn=DpwnmaxDpw：滚珠丝杠副的节圆直径mmnmax:滚珠丝杠副最高转速r/minDpw≈41.4mmnmax=1500r/min62100＜7000016)滚珠丝杠副形位公差的标注（略）表1：支承方式简图K2λf一端固定一端自由0.251.8753.4一端固定一端游动23.92715.1二端支承13.1429.7二端固定44.73021.9δm=3