数控车床伺服进给系统滚珠丝杠螺母副选择计算.docx
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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
2000
1200
0.6
10
2920
60
一般切削
1000
200
0.8
30
1850
80
精切削
500
200
1
50
1320
100
快速进给
0
0
15
10
800
1500
1)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25µm
①=3δm=3
②=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
FFZD4010-3
6)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=1290
L1=1350
L=1410
L0=30
10)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
×10
Ksmin:
最小抗压刚度 N/m
d2 :
丝杠底径
L1 :
固定支承距离
Ksmin=575N/m
2)丝杠最大抗压刚度
Ksmax=6.6
×10
Ksmax:
最大抗压刚度 N/m
Ksmax=6617N/m
(2) 支承轴承组合刚度
1)一对预紧轴承的组合刚度
KBO=2×2.34
KBO:
一对预紧轴承的组合刚度 N/m
dQ :
滚珠直径 mm
Z :
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 =60
Kamax=8700 N/m
KBO=375 N/m
2)支承轴承组合刚度
由表13两端固定支承
Kb=2KBO
Kb=750 N/m
Kb :
支承轴承组合刚度 N/m
3)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/m
KC :
查样本上的刚度 N/m
FP :
滚珠丝杠副预紧力 N
Ca :
额定动载荷 N
由样本查得:
KC=1410N/m;Ca=3600N;
FP=1000 N
得KC=920 N/m
12) 刚度验算及精度选择
(1)
=
=
N/m
=
N/m
F0
=
已知W1=5000 N, =0.2
F0=1000 N
F0 :
静摩擦力 N
:
静摩擦系数
W1 :
正压力 N
(2)验算传动系统刚度
Kmin
Kmin:
传动系统刚度 N
已知反向差值或重复定位精度为10
Kmin=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/300
V300p<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:
1410
P类3级精度
FFZD4010-3-P3 /1410×1290
13) 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×10
nc :
临界转速 r/min
f :
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-L0
4310>nmax=1500
15 )验算:
Dn=Dpwnmax
D pw:
滚珠丝杠副的节圆直径 mm
nmax:
滚珠丝杠副最高转速 r/min
Dpw≈41.4mm
nmax=1500r/min
62100<70000
16) 滚珠丝杠副形位公差的标注 (略)
表1:
支承方式
简图
K2
λ
f
一端固定
一端自由
0.25
1.875
3.4
一端固定
一端游动
2
3.927
15.1
二端支承
1
3.142
9.7
二端固定
4
4.730
21.9
δm=3
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