数控车床伺服进给系统滚珠丝杠螺母副选择计算.docx

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=0.1   静摩擦系数0=0.2   快速进给速度  Vmax=15m/min  定位精度20 m/300mm   全行程25m  重复定位精度10m   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：13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  （1/31/4）重复定位精度  （1/41/5）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25µm   =3 m=3   =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  (1.11.2)行程+（1014）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：=（24）(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=575 N/m2）丝杠最大抗压刚度Ksmax=6.6 ×10Ksmax ：最大抗压刚度    N/mKsmax=6617 N/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=7.144      Z=17    =60Kamax=8700   N/mKBO=375   N/m2）支承轴承组合刚度由表13两端固定支承Kb=2 KBOKb=750   N/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=1410 N/m；Ca=3600N；FP=1000   N得KC=920   N/m12)  刚度验算及精度选择（1）=N/m= N/mF0=已知W1=5000  N ，  =0.2F0=1000  NF0   ：  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=222160（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，  V300p0.8×定位精度-定位精度为20m/300V300p14.3m丝杠精度取为3级V300p=12m14.3(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- L04310nmax=150015 ) 验算：Dn=Dpw nmaxD pw ：  滚珠丝杠副的节圆直径   mmnmax :  滚珠丝杠副最高转速   r/minDpw41.4mmnmax=1500r/min621007000016)  滚珠丝杠副形位公差的标注  （略）表1： 支承方式简 图K2f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44.73021.9m=3