數(shù)控銑床進給傳動設(shè)計,數(shù)控銑床進給傳動設(shè)計,數(shù)控,銑床,進給,傳動,設(shè)計 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 題 目： 數(shù)控銑床進給傳動設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 機制1202 學(xué)生姓名： 王庚 指導(dǎo)教師： 王志成 論文提交日期： 年 月 日 論文答辯日期： 年 月 日  畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 機械設(shè)計制造及其自動化 機制1202 王庚 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：數(shù)控銑床進給傳動設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容： 切削力和切削功率的分析與計算，滾珠絲杠副的選型與計算，確定滾珠絲杠的尺寸參數(shù)和型號、支撐方式、間隙調(diào)整和預(yù)緊、潤滑和密封，直線滾動導(dǎo)軌的選型與計算，壽命估算，聯(lián)軸器選型，X、Y、Z軸定位精度的驗算等，裝配圖與零件圖設(shè)計。主要技術(shù)參數(shù)：行程X/Y/Z：400/200/300 mm，定位精度：X/Y軸，0.022mm；Z軸0.032mm。重復(fù)定位精度：X/Y軸，0.012mm；Z軸0.015mm 畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： （1）切削力和切削功率的分析與計算 （2）滾珠絲杠副的選型與計算，確定滾珠絲杠的尺寸參數(shù)和型號、支撐方式、間隙調(diào)整和預(yù)緊、潤滑和密封 （3）直線滾動導(dǎo)軌的選型與計算，壽命估算 （4）聯(lián)軸器選型，X、Y、Z軸定位精度的驗算等 （5）裝配圖與零件圖設(shè)計 起止時間：2016.2.29~2016.6.17 指導(dǎo)教師： 簽字 年 月 日  摘要 機械制造業(yè)是我國經(jīng)濟的支柱之一，一個國家如果沒有發(fā)達的機械制造業(yè)，就不會有國民經(jīng)濟的發(fā)展。而機械制造業(yè)的發(fā)展水平反映了國民經(jīng)濟的繁榮。數(shù)控機床技術(shù)在當今世界具有更重要的經(jīng)濟地位和戰(zhàn)略地位，目前工業(yè)發(fā)展趨勢在世界經(jīng)濟和數(shù)控機床技術(shù)的體現(xiàn)，現(xiàn)在的核心產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代技術(shù)都是建立在數(shù)控機床技術(shù)的，因此，數(shù)控機床技術(shù)是反映一個國家的工業(yè)水平和現(xiàn)代技術(shù)水平的成熟程度。而數(shù)控機床技術(shù)水平的高低，體現(xiàn)了國民經(jīng)濟的實力。目前，它是整個國家乃至全世界第一個實現(xiàn)機床加工和數(shù)控技術(shù)的目標。 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床在當今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家現(xiàn)代化建設(shè)中的戰(zhàn)略地位。數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代計算機輔助設(shè)計、計算機輔助設(shè)計等在數(shù)控技術(shù)中的應(yīng)用。數(shù)控技術(shù)是一個國家戰(zhàn)略地位，反映了國家綜合國力水平的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標志，實現(xiàn)加工機與數(shù)控加工的生產(chǎn)過程，是當今制造業(yè)發(fā)展的方向。 這項任務(wù)使我們能夠更熟練地運用專業(yè)知識，并使我們的專業(yè)知識更實用。 關(guān)鍵詞：數(shù)控機床、切削功率、滾珠絲杠副。 Abstract Machinery manufacturing industry is one of the pillars of China's economy, A country if there is no developed machinery manufacturing industry, Will not have the development of the national economy. And the level of the development of machinery manufacturing industry, Reflecting the prosperity of the country's economy. CNC machine tools in today's world has a more important economic status and strategic position, The industrial development trend and the trend of economic development in the world, The technology of the numerical control machine tool reflects the core objective of the industrial industry, Some of the modern technology is based on the technology of CNC machine tools, So, the technology of the numerical control machine tool is a reflection of the level of a country's industry and the maturity of the modern technology. And the level of the technical level of the numerical control machine tool reflects the strength of the national economy. At present, it is the first goal of the whole country and even the world to realize the machining of the machine tools and to make the numerical control technology. CNC technology and CNC machine tools in today's machinery manufacturing industry in an important position and great benefits, showing its strategic role in the modernization of the country's basic industries. CNC technology is the manufacturing industry to achieve automation, flexible, integrated production base, modern CAD / CAM and so on are established in the numerical control technology. The numerical control technology is a national strategic position and reflected an important basic industry of the national comprehensive national strength level, the level is a measure of national manufacturing industry modernization degree of core markers, realizing the processing machine and the production process of NC, is today's manufacturing industry development direction. This task allows us to more skilled use of professional knowledge, and to make our professional knowledge more practical. Keywords: CNC machine tools,cutting power, ball screw. 目錄 第一章 緒論…………………………………………………………1 1.1 現(xiàn)狀發(fā)展趨勢及分析…………………………………………1 第二章 切削力及切削功率…………………………………………2 2.1 工件及刀具材料的選擇………………………………………2 2.2 切削力及切削功率的計算……………………………………4 第三章 滾珠絲杠副的選型與計算…………………………………11 3.1 XYZ滾珠絲杠副的選型………………………………………11 3.2 滾珠絲杠副的計算……………………………………………13 第四章 安裝、調(diào)整、密封…………………………………………29 4.1 安裝方式及位置………………………………………………29 4.2 設(shè)計軸承座結(jié)構(gòu)………………………………………………30 4.3 調(diào)整、潤滑……………………………………………………36 第五章 估算壽命，選擇電機及設(shè)計圖……………………………36 5.1 直線滾動導(dǎo)軌壽命估算………………………………………36 5.2 伺服電機聯(lián)軸器………………………………………………38 第六章 協(xié)調(diào)檢查，工作總結(jié)……………………………………39 參考文獻 ……………………………………………………………40 致謝 …………………………………………………………………41 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 第一章 緒論 1.1 現(xiàn)狀 中國機床工業(yè)自建國以來開始發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)走過了60多年的發(fā)展道路。中國的數(shù)控機床行業(yè)在過去三十年中，取得了快速發(fā)展，在技術(shù)和生產(chǎn)，而且還適用于各種行業(yè)。國內(nèi)出口機械產(chǎn)品，并在四國際機床展覽會上。 在“十一五”期間，中國的一系列行業(yè)高端技術(shù)的突破，加上我國自主生產(chǎn)能力的提高，開始不再依賴國外生產(chǎn)，加入了高速數(shù)控機床的世界生產(chǎn)、高精度數(shù)控機床大國行列。 從技術(shù)層面上看，隨著主要高端數(shù)控機床的形成和基本生產(chǎn)設(shè)備的特殊任務(wù)，國內(nèi)機床工具對我國數(shù)控率從第十個“五年計劃” 35.5%，突然增加到了51.9%。在數(shù)控系統(tǒng)方面，我國已開發(fā)出一系列的產(chǎn)品，如多軸、多軌、總線型高檔數(shù)控裝置等。 國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)品包括超高精度機床、重型機床、高精度機床、鍛造設(shè)備和專用機床、機床等各類機床，尤其是在五軸聯(lián)動數(shù)控機床、數(shù)控機床、立式銑床、數(shù)控車床、數(shù)控機床等機床的數(shù)控加工機床，一些技術(shù)已經(jīng)達到世界先進水平。隨著國內(nèi)五軸數(shù)控機床的品種日益增多，一些較高的加工技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展，改變了數(shù)控機床行業(yè)的壟斷力量，加快我國從機床生產(chǎn)大國向機床制造強國的進程。 從市場需求情況看，目前，我國是世界上最大的數(shù)控機床進口國和數(shù)控機床消費國。在2010，中國的機床消費量同比增長43%，達到$，進口數(shù)量約為94億美元。雖然機床行業(yè)在五到第十一年的時間內(nèi)實現(xiàn)快速發(fā)展，但是高檔數(shù)控機床的產(chǎn)值僅占10至15%的金屬加工機床行業(yè)的產(chǎn)值。面對如此龐大的消費市場，中國國內(nèi)機床行業(yè)產(chǎn)能，仍無法滿足快速增長的市場需求，高端數(shù)控機床產(chǎn)品的大多數(shù)仍需要大量進口。 1.2 發(fā)展趨勢及分析 數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)在我國的發(fā)展，將嘗試解決主機的一系列問題，是關(guān)鍵技術(shù)差距大， 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，整個行業(yè)經(jīng)濟效益差，將培養(yǎng)核心競爭力，定量融合，一定高度，以提高自主創(chuàng)新和品牌建設(shè)，實現(xiàn)在十元的大目標，在國內(nèi)市場占有主導(dǎo)地位的長期目標，努力在國內(nèi)市場占有主導(dǎo)地位的長期目標，并努力實現(xiàn)“十二五”計劃的目標。 46 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 切削力及切削功率 第二章 切削力及切削功率 2.1 工件及刀具材料的選擇 2.1.1 切削加工對刀具的要求 金屬在切削的過程中，刀具的切削零件的部分是在比較大的切削壓力和劇烈摩擦及較高的切削溫度下工作的。在切削不均勻或者斷續(xù)加工的時候，刀具會受到非常大的沖擊力和振動，所以，刀具切削部分得材料應(yīng)具備以下條件： 高硬度。硬度是刀具材料中最基本的一種性能，硬度必須高于工件材料的硬度，工件上的切削量要超過切削量。 高耐磨性。高耐磨性是刀具抗切削的能力，刀具磨損小的是在摩擦作用下的。當一個工具是一個很長的時間加工零件，如果刀具不耐用，磨損更迅速，它會影響工件的加工精度和加工質(zhì)量。 足夠強的韌性。切削工件時，刀具要承受各種壓力與沖擊力。一般用沖擊以及抗彎強度來衡量材料韌性的高低。 化學(xué)穩(wěn)定性與高耐熱性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性，是指不易指的高溫和周圍介質(zhì)的材料或化學(xué)反應(yīng)的處理，包括氧化能力。較低的化學(xué)穩(wěn)定性，更快的刀具磨損，更粗糙的加工表面。耐熱性高，指的是在高溫條件下刀具仍能保持原有的強度、硬度、韌性和耐磨性。 2.1.2 刀具的類型 平面加工銑刀： 銑平面離不開平面加工銑刀。常見的平面加工銑刀包括端面銑刀、圓柱銑刀以及立銑刀。 （1） 圓柱銑刀 圓柱銑刀通常采用的是整體式結(jié)構(gòu)，主要由高速鋼制成。圓柱銑刀一般采用螺旋形刀齒來提高切削工件時的平穩(wěn)性，用于臥式銑床上半精銑平面以及粗銑。 （2） 端面銑刀 端面銑刀一般采用的是鑲齒式結(jié)構(gòu)，刀齒采用硬質(zhì)合金鋼制成，生產(chǎn)效率高，加工表面質(zhì)量高，用于立式銑床上精銑、粗銑各種平面。 （3） 立銑刀 立銑刀用于立式銑床上銑削側(cè)面以及階臺平面。立銑刀除了用于銑平面外，還可以用于銑螺旋槽、溝槽以及工件上各種孔，銑削各種圓柱凸輪與盤型凸輪，靠模銑內(nèi)、外曲面等。 溝槽加工銑刀： 直槽有通槽和不通槽之分，較寬的通槽可以用三面刃銑刀加工，較窄的通槽可以用小尺寸立銑刀或鋸片銑刀加工，不通槽則應(yīng)該用立銑刀加工。 （1） 三面刃銑刀 三面刃銑刀包括錯齒、鑲齒和直齒等幾種結(jié)構(gòu)形式，因為刀具的圓周和兩個側(cè)面都有刀刃，可以獲得更高的表面質(zhì)量，主要用于銑各種槽、階臺平面、凸臺平面及工件表面等。 （2） 槽銑刀 槽銑刀用于銑各種槽及棒料、板料和各種材料的切斷，但作為一對切割邊，對維修的光沒有影響，所以銑槽的側(cè)面質(zhì)量相對較差 （3） 鍵槽銑刀 主要用于銑削鍵槽銑削鍵槽銑刀，具有很高的精度。 （4） 燕尾槽銑刀 燕尾槽銑刀主要用于銑面機，如車上的燕尾槽。 （5） 角度銑刀 將角銑刀分為單角銑刀、對稱雙角銑刀和非對稱雙角銑刀。單角銑刀用于各種刀具外圓的齒槽和各種鋸齒形離合器以及棘輪的齒形加工；雙角銑刀用于銑削各種尖銳齒的槽、梯形齒形離合器齒形；非對稱雙角銑刀主要用于各種角度的銑削加工。 成形面加工銑刀 普通銑床的成形面不能與成形銑刀進行分離，專用銑刀，如半圓形銑刀、異型刃形曲面和異形根溝。成形銑刀的缺點是制造成本較大，切削性能較差。 2.1.3 刀具的參數(shù)選擇 （1） 切削參數(shù)的選用 切削速度的選擇主要取決于工件的材料，進給速度的選擇主要取決于工件的材料和銑刀的直徑。工具樣品的一些工具制造商選擇與切割參數(shù)。但切削參數(shù)的選擇受機床、刀具系統(tǒng)、工件形狀等因素的影響，并影響了刀具的夾緊方式。應(yīng)根據(jù)實際情況調(diào)整切削速度和進給速度。當?shù)毒邏勖且粋€優(yōu)先級，切削和進給速度的程度可以降低；當芯片邊緣是不是好時，切削速度可以提高。 （2） 切削方式的先擇 光滑研磨是用來防止損壞的刀片，并提高生活的工具。但有兩點要注意：1，如使用普通機械加工，應(yīng)盡可能消除之間的差距的進料機構(gòu)。2、當工件表面鑄造、鍛造過程中要形成氧化膜或其它硬化層，宜采用逆銑。 （3） 硬質(zhì)合金立銑刀的使用 高速鋼端銑刀的應(yīng)用范圍和適用范圍比較廣，即使選擇切削條件也不是一點，也不會是一個大問題。硬質(zhì)合金銑刀在高速切削時具有良好的耐磨性，但在高速鋼銑刀中卻沒有得到廣泛的應(yīng)用，切削條件必須嚴格符合刀具使用的要求。 2.2 切削力及切削功率的計算 2.2.1 切削力的分解 Fc ——切削力（主切削力或切向分力） 切于加工表面，與基面垂直，用于計算刀具強度，確定機床功率，設(shè)計機床零件等。 Fp ——背向力（切深分力或徑向分力） 處于基面內(nèi)，與進給方向垂直，用于計算與加工精度有關(guān)的工件撓度，機床、刀具零件強度等，也可以作為在工件切削過程中產(chǎn)生振動的主要作用力。 Ff ——進給力（軸向分力或走刀分力） 處于基面內(nèi)，同于進給方向，用于計算進給功率，并設(shè)計機床進給機構(gòu)等。 2.2.2 計算切削功率 切削功率： 由《機床設(shè)計手冊》可知切削功率： （2—1） 式中 P—主軸電動機功率，P=11kW； η—主傳動系數(shù)總功率，一般為0.75-0.85，取η=0.8； K—進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取K=0.96 則 切削功率應(yīng)按在各種加工情況下遇到的最大銑削力（或轉(zhuǎn)矩）和最大切削轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)速）來計算。若按最大切削速度來算，取切削速度=100m/min，根據(jù)公式： 式中 Fz—主切削力（N）； v—切削速度（m/min）； 主切削力為： 根據(jù)《機床設(shè)計手冊》可得： 縱向切削分力： 橫向切削分力： 取 進給牽引力Fm 可根據(jù)《機床設(shè)計手冊》中進給牽引力的實驗公式計算則： （2—2） 式中 Fx—切削分力（N）； K—顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，K=1.15； f—滑動導(dǎo)軌摩擦因數(shù)，f=0.15-0.18，取f=0.16； G—工作臺承重，G=4000N 則 2.2.3 計算切削力 計算切削力的指數(shù)公式：常用的指數(shù)公式如下： 式中 Fc、Fp、Ff ─ 分別為主切削力、背向力、進給力； CFc、CFp、CFf ─ 決定于被加工材料和切削條件的系數(shù)； xFc、yFc、nFc、xFp、yFp、nFp、xFf、yFf、nFf ─公式中切削用量的指數(shù)； KFc、KFp、KFf ─ 三個分力計算中，當實際加工條件與求得經(jīng)驗公式的條件不同時，各種因素對切削力影響的修正系數(shù)之積。 各系數(shù)、指數(shù)及修正系數(shù)之值可查閱《金屬切削手冊》。 用單位切削力算主切削力 已取得了不同刀具、工件材料及不同加工條件下的單位切削力和單位切削功率的實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)。從手冊中可查到這些數(shù)據(jù)。表3-2幾種常用材料的單位切削力、單位切削功率，由式(3-13)計算出Fc。 表3—2 硬質(zhì)合金外圓車刀切削常用金屬材料的單位切削力、單位切削功率 工 件 材 料 單位切削功率/[KW/(mm3/s)] 單位切削力/(N/mm2) 實 驗 條 件 名稱 牌號 制造熱處理狀態(tài) 硬度/HBS 刀具幾何參數(shù) 切削用量范圍 鋼 45 熱軋或正火 187 196210-6 1962 =15° =75° =0° 前刀面帶卷屑槽 br1=0 Vc=1.5~1.75m/s ap=1~5mm f=0.1~0.5mm/r 調(diào)質(zhì)(淬火高溫回火) 229 230510-6 2305 br1=0.1~0.15mm 淬硬(淬火低溫回火) 44(HRC) 264910-6 2649 r01=-20° 40Cr 熱軋或正火 212 196210-6 1962 br1=0 調(diào)質(zhì)(淬火高溫回火) 285 230510-6 2305 r01=-20°br1=0.1~0.15mm 灰鑄鐵 HT200 退火 170 111810-6 1118 br1=0平前刀面,無卷屑槽 Vc=1.17~1.42m/s ap=2~10mm f=0.1~0.5mm/r ?指數(shù)形式的切削力經(jīng)驗公式應(yīng)用比較廣泛，其形式如下： （2—3） （2—4） （2—5） 式中：Fc、Ff 、Fp——切削力、進給力和背向力； 、、——取決于工件材料和切削條件的系數(shù)； 、、、、、、、、——三個分力公式中背吃刀量ap、進給量f和切削速度vc的指數(shù)； 、、——當實際加工條件與求得經(jīng)驗公式的試驗條件不符時，各種因素對各切削分力的修正系數(shù)。 式中各種系數(shù)和指數(shù)都可以在切削用量手冊中查到。 用切削層單位面積切削力計算切削力 切削層單位面積切削力kc（N/mm2）可按下式計算： （2—6） 各種工件材料的切削層單位面積切削力kc可在有關(guān)手冊中查到。根據(jù)式可得到切削力Fc的計算公式： （2—7） 式中：——切削條件修正系數(shù)。 用切削層單位面積切削力計算切削力工作功率 ????工作功率Pe可分為兩部分： ????A．主運動消耗的功率Pc(w)（切削功率） ????B．進給運動消耗的功率Pf(w)（進給功率） 所以，工作功率可以按下式計算： （2—8） 式中：Fc、Ff --切削力和進給力（N）； ????vc—切削速度（m/s）； ????nw—工件轉(zhuǎn)速（r/s）； ????f —進給量（mm/r）。 ????由于進給功率Pf相對于Pc一般都很?。?1%～2%），可以忽略不計。所以，Pe可以用Pc近似代替。 在計算機床電動機功率Pm時，還應(yīng)考慮機床的傳動效率hm，按下式計算： （2—9） 2.2.4 影響切削力的因素 （1） 工件材料的影響 工件材料的物理力學(xué)性能、加工硬化程度、化學(xué)成分、熱處理狀態(tài)和切削加工狀態(tài)都受切削力大小的影響。 ???? 工件材料的強度、硬度、沖擊韌性、塑性和硬化程度都較大，切削力越大。 ?? 工件材料的化學(xué)成分、熱處理狀態(tài)等因素都直接影響其物理力學(xué)性能，因而也影響切削力。 （2） 刀具幾何參數(shù)的影響 ① 前角對切削力的影響 加工塑性材料時，前角γ0增大，變形系數(shù)Λh減小，因此切削力降低； ???? 加工脆性材料（加鑄鐵、青銅）時，由于切屑變形很小，所以前角對切削力的影響不顯著。 ② 主偏角對切削力的影響 ???? 主偏角kr對切削力Fc的影響較小，影響程度不超過10%。主偏角kr在60°～75°之間時，切削力Fc最小。 主偏角kr對背向力Fp和進給力Ff的影響較大。由圖3-21b可知 ； （2—10） （2—11） 式中：FD--切削合力F在基面內(nèi)的分力。 ????可見Fp隨kr的增大而減小，F(xiàn)f則隨kr的增大而增大。 （3） 刀尖圓弧半徑對切削力的影響 ????刀尖圓弧半徑re增大，使切削刃曲線部分的長度和切削寬度增大，但切削厚度減薄，各點的kr減小。所以re增大相當于kr減小時對切削力的影響。 （4） 刃傾角對切削力影響 ① 刃傾角λs在很大范圍（-40°～+40°）內(nèi)變化時對切削力Fc沒有什么影響。 ??? ?② 刃傾角λs對Fp和Ff影響較大，隨著λs的增大，F(xiàn)p減小，而Ff增大。 （5） 負倒棱對切削力的影響 ???? 在前刀面上磨出的負倒棱br的寬度與進給量f之比增大，切削力隨之增大。但當切削鋼，或切削灰鑄鐵時，切削力趨于穩(wěn)定，接近于負前角刀具的切削狀態(tài)。 （6） 切削用量的影響 ① 背吃刀量對切削力的影響 ???? 背吃刀量ap增大，切削力成正比增加，背向力和進給力近似成正比增加。 ② 進給量對切削力的影響 進給量f增大，切削力也增大，但切削力的增大與f不成正比。 ③ 切削速度對切削力的影響 切削速度vc對切削力的影響分為有積屑瘤階段和無積屑瘤階段兩種： A．在積屑瘤增長階段，隨著vc增大，積屑瘤高度增加，切屑變形程度減小，切削層單位面積切削力減小，切削力減小。反之，在積屑瘤減小階段，切削力則逐漸增大。 B．在無積屑瘤階段，隨著切削速度vc的提高，切削溫度增高，前刀面摩擦系數(shù)減小，變形程度減小，使切削力減小，如圖3-22所示。 ??????? 圖2—1 切削速度對切削力的影響 （7） 刀具材料的影響 由于刀具材料與工件材料之間的摩擦，材料與切削力之間的摩擦直接影響切削力。一般來說，根據(jù)立方碳化硼（CBN）為工具、陶瓷刀具、涂層刀具，硬質(zhì)合金刀具，高速鋼刀具，切削力依次增加。 （8） 切削液的影響 切削液具有潤滑作用，使切削力降低。切削液的潤滑作用愈好，切削力的降低愈顯著。在較低的切削速度下，切削液的潤滑作用更為突出。 （9） 刀具后刀面磨損的影響? 刀具后刀面磨損帶中間部分的平均寬度以VB表示。磨損面上后角為0°。VB愈大，磨擦愈強烈，因此切削力也愈大。VB對背向力Fp的影響最為顯著。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 滾珠絲杠副的選型與計算 第三章 滾珠絲杠副的選型與計算 3.1 XYZ滾珠絲杠副的選型 3.1.1 選型的主要參數(shù) 公稱直徑,導(dǎo)程,循環(huán)方式,預(yù)緊方式,各段軸徑的長度,行程精度,螺母安裝尺寸,潤滑密封方式，預(yù)拉伸，校核。 3.1.2 各參數(shù)的確定 （1） 確定滾珠絲杠規(guī)格 滾珠絲杠副設(shè)計時一般根據(jù)不同的使用條件和要求來確定滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格。 當滾珠絲杠副在高速運行時，常見的失效形式為鋼球或線滾動接觸疲勞點蝕。通常用動態(tài)負載額定值表示螺桿的耐點蝕性，所以我們根據(jù)動態(tài)載荷的額定值來確定滾珠絲杠副的尺寸。額定動載荷是一組相同規(guī)格的滾珠絲桿，運行一百萬次后，90%的螺旋副（螺紋表面或球）不產(chǎn)生疲勞剝落（點蝕）時的軸向載荷。在實際使用中，可按額定動載值計算： Pd （3—1） 式中: Fh為壽命系數(shù)，按滾珠絲杠預(yù)期壽命選取； Fd為載荷性質(zhì)系數(shù), 按工作載荷性質(zhì)選取; FH為動載荷硬度影響系數(shù), 按滾珠及滾道表面硬度選取; Fn為轉(zhuǎn)速系數(shù), 按絲杠平均轉(zhuǎn)速nd 選取; Pd為平均軸向載荷。 在不同條件下，平均軸向載荷和平均速度計算方法有多種，對于加工中心來說，這是一種通用型設(shè)備，對于不同的用戶和不同的工況、工作條件和工作時間和工作時間有一定的規(guī)律，平均軸向載荷和平均速度可以根據(jù)以下公式計算 Pd = (2Pmax + Pm in ) /3 （3—2） nd = (nmax + nm in ) /2 （3—3） 式中: Pmax最大軸向載荷; nmax為最高轉(zhuǎn)速; Pmin為最小軸向載荷; nmin為最小轉(zhuǎn)速。 工作臺和工件的最小軸向載荷作用下的摩擦軌跡，最大軸向載荷的計算，最大載荷滾珠絲杠副驅(qū)動力，在滾珠絲桿的軸向力與摩擦軌跡的同時（在同一時間內(nèi)，摩擦軌跡為工作臺，工件與夾具的總重量和切削力的垂直方向上的共同原因）。 在額定載荷計算后，可根據(jù)額定動載荷對球螺桿的公稱直徑和類型進行選擇。額定負載額定動載荷比計算稍大規(guī)格。 當滾珠絲杠副在低轉(zhuǎn)速（n＜10R／min）的操作，常見的失效形式是球滾道產(chǎn)生較大的塑性變形或螺紋。通常額定靜載荷測量傳動螺旋抵抗塑性變形的能力，所以我們根據(jù)額定靜負荷確定冷軋滾珠絲杠副的尺寸。額定靜載荷是指在接觸點的塑性變形或螺旋線滾動接觸點和軸向載荷的球頭1 / 10000。它與負載的大小、載荷、振動、軋輥硬度等有關(guān)?？蓞⒄障嚓P(guān)公式計算。 （2） 絲杠導(dǎo)程的確定 絲杠導(dǎo)程的選擇一般根據(jù)設(shè)計目標快速進給的最高速度為vmax、伺服電機的最高轉(zhuǎn)速nmax及電機與絲杠的傳動比i來確定, 基本絲杠導(dǎo)程應(yīng)滿足下式為： P≥vmax/i*nmax （3） 循環(huán)方式 根據(jù)球周逆過程，將其分為內(nèi)外循環(huán)。內(nèi)循環(huán)螺母尺寸小，適用于中、小型試驗范圍，適用于中低速。外環(huán)結(jié)構(gòu)包括氣管插管和端座式、套筒和螺旋槽型等多種結(jié)構(gòu)，我公司主要采用的是氣管插管，大尺寸的螺母安裝，以及廣泛的應(yīng)用，特別是對于大的絲杠。 （4） 預(yù)緊方式 根據(jù)重復(fù)定位的精度，選擇合適的預(yù)載模式。只有從傳輸，可用于在差距，有定位的要求，根據(jù)負載的大小和安裝的位置的限制，選擇預(yù)載。包括雙螺母齒差分型、雙螺母螺型、雙螺母墊片類型、單螺母變鉛預(yù)緊、單螺母增加鋼球預(yù)緊力。 預(yù)緊力的大小根據(jù)最大軸向載荷的1/3計算，當最大載荷無法計算時，取額定動載荷的1/20-1/10。 （5） 各段軸徑的長度 絲杠滾珠螺紋段長度= 有效行程 +余程（3-4個導(dǎo)程） 絲杠全長=絲杠滾珠螺紋段長度+兩端軸徑長度 （6） 行程精度 滾珠絲杠的精度直接影響數(shù)控機床的定位精度,在滾珠絲杠精度參數(shù)中, 其導(dǎo)程誤差對機床定位精度影響最明顯。一般在初步設(shè)計時設(shè)定絲杠的任意300mm行程變動量V300p應(yīng)小于目標設(shè)定位的定位精度值的1 /3～1 /2, 在最后精度驗算中確定。 （7） 螺母安裝尺寸 根據(jù)安裝外圓直徑，法蘭盤安裝位置等選擇。 3.2 滾珠絲杠副的計算 3.2.1：滾珠絲杠 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。 滾珠絲桿由一個螺釘、一個螺母和一個球組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，這是滾珠絲杠的進一步推廣和發(fā)展，這一發(fā)展的重要意義是滾動作用于滑動作用。由于摩擦阻力小，滾珠絲杠在各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器中得到廣泛應(yīng)用。 滾珠絲杠傳動裝置為機床和精密機械，最常用的，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換為軸向力，它具有高精度、可逆性和有效性。 （1） 與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動運動,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到1/3以下,即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 （2） 高精度的保證 滾珠絲杠副是日本世界上最高水平的機械和設(shè)備的一致性，特別是在研磨，組裝，檢查過程中的工廠環(huán)境，對溫度和濕度進行嚴格控制，因為完美的質(zhì)量管理系統(tǒng)，使精度可以得到充分保證。 （3） 微進給可能 滾珠絲杠副是使用球運動的，所以啟動力矩很小，不會有一個滑動運動的爬行現(xiàn)象，可以保證實現(xiàn)精確的微進給。 （4） 無側(cè)隙、剛性高 滾珠絲桿可以增加壓力，由于軸向間隙的壓力可以達到負的值，并獲得較高的剛度（在球內(nèi)通過滾珠絲杠和預(yù)壓，當在實際使用機械裝置時，由于排斥力球可以提高剛性的螺絲螺母）。 （5） 高速進給可能 滾珠絲桿在高速下可以實現(xiàn)高效率、低熱量的實現(xiàn)。 3.2.2 滾珠絲杠副特性 （1） 傳動效率高 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的傳動效率高達90%～98%，為傳統(tǒng)的滑動絲杠系統(tǒng)的2～4倍，如圖1.1.1所示，所以能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運動（運動可逆）。 （2） 運動平穩(wěn) 滾珠絲桿傳動系統(tǒng)為點接觸和滾動運動，小摩擦阻力小，靈敏度高，無振動在啟動時，低速無爬行現(xiàn)象，因此可精確控制微進給。 （3） 高精度 在滾珠絲杠傳動系統(tǒng)中，溫度上升很小，且軸向間隙和絲杠可預(yù)緊，以補償熱伸長，從而獲得高定位精度和重復(fù)定位精度。 （4） 高耐用性 鋼球的滾動接觸的硬化處理（HRC58 ~ 63），和循環(huán)系統(tǒng)的過程是滾動，而磨損比較小，具有很高的使用壽命和精度。 （5） 同步性好 由于運動平穩(wěn)，反應(yīng)靈敏，無阻滯，無滑移，與多套相同的滾珠絲桿驅(qū)動系統(tǒng)在同一時間驅(qū)動幾個相同的部件或裝置，可以得到良好的同步效果。 （6） 高可靠性 與其他傳動機械相比，液壓傳動、滾珠絲杠傳動系統(tǒng)故障率很低，保養(yǎng)簡單，只有一般的潤滑和防塵。在沒有潤滑的情況下工作。 （7） 無背隙與高剛性 哥特式建筑哥特式弓槽形滾珠絲桿傳動系統(tǒng)（參見圖），鋼球與溝實現(xiàn)易操作的最佳接觸。如果適當?shù)念A(yù)緊力，消除軸向間隙，可以使球具有較好的剛度，降低球和螺母，螺桿的彈性變形，達到較高的精度。 3.2.3縱向滾軸絲杠副計算與設(shè)計 已知條件： 工作臺重量W1=80KG=800N 工件及夾具最大重量W2=200N 工作臺最大行程LK=950mm工作臺導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為μ=0.1 快速進給速度Vmax=4m/min定位精度為 20μm/300mm,全行程25μm,重復(fù)定位精度為 10μm 要求壽命為10000小時（單班制工作十年） 表一 各種切削方式的縱向切削力Fa,速度V和時間比例q 切削方式 縱向切削力 Pxi(N) 垂向切削力 Pzi(N) 進給速度 Vi(m/min) 工作時間百分比 % 絲杠軸向載荷 (N) 絲杠轉(zhuǎn)速 r/min 強力切削 2000 1200 0.6 10 2200 60 一般切削 1000 500 0.8 30 1150 80 精切削 500 200 1 50 620 100 快速進給 0 0 ４ ５ 1000 375 圖3—2 進給用滾珠絲杠轉(zhuǎn)配圖 （1） 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 Ph=Vmax/i*nmax （3—4） Vmax：工作臺最高移動速度 nmax：電機最高轉(zhuǎn)速 i：傳動比 電機與絲杠間為齒輪連接式，i=4（取一級減速齒輪） 由上表查得w1=4m/min，nmax=1500r/min 代入得Ph=0.67mm （查《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》取Ph=5mm） （2） 確定當量轉(zhuǎn)速與當量載荷 ① 各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速ni=Vi/Ph 查表可得：v1=0.6, v2=0.8, v3=1, Ph=4 代入得n1=120，n2=160，n3=200，n4=800 ② 各種切削方式下，絲杠軸向載荷 Fi=Pxi+（w1+w2+Pzi）/10 （3—5） Fi：絲杠軸向載荷，Pxi：縱向切削力，Pzi：垂向切削力 Fi=Pxi+(W1+W2+Pzi) Fi：絲杠軸向載荷 N i=1,2，^，n Pxi：縱向切削力 N i=1,2，^，n Pzi：垂向切削力 N i=1,2，^，n 查表可得：Pxi（i=1,2,3,4）分別為2000N，1000N，500N，ON Pzi（i=1,2,3,4）分別為1200N，500N，200N，ON 已知W1=800N，W2=200N 代入得：Fi（i=1,2,3,4）分別為2200N，1150N，620N，1000N ③ 當量轉(zhuǎn)速 nm：當量轉(zhuǎn)速 r/min t1，t2，^，tn：工作時間百分比 nm=n1（t1/100）+n2（t2/100）+^+nn（tn/100） 數(shù)據(jù)代入可得：nm=240r/min ④ 當量載荷 （3—6） 代入數(shù)據(jù)得：Fm=1057N （3） 初選滾珠絲杠副 由公式《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》（3.7－24）知 )3 查《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》表（3.7－51）—表（3.7－54） 得：ft=1，fh=1，fa=1，fk=0.53，fw=1.3，Lh=10000h 代入數(shù)據(jù)得：ca=13589N=13.58KN （4） 確定允許的最先螺紋底徑 ① 估算絲杠允許的最大軸向變形量 （1/3—1/4）重復(fù)定位精度 (1/4—1/5 )定位精度 ：最大軸向變形量μm 已知重復(fù)定位精度10μm 定位精度25μm ，②＝6μm 取兩種結(jié)果最小值＝3μm ② 估算最小螺紋底徑 絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式 （3—7） ：最小螺紋底徑mm L＝（1.1—1.2）行程+(10—14) 靜摩擦力 已知行程950mm，＝800N, =0.2 代入數(shù)據(jù)得L=1110mm，＝160N, =9.5mm （5） 確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號 選內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒螺母型墊片預(yù)緊形式 由計算出的，，在《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》中選取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD4005-5 =5, =22000N>=13589N （6） 確定滾珠絲杠副預(yù)緊力 （3—8） 其中＝2200 ＝733N （7） 行程補償值與拉伸力 ① 行程補償值 式中 （3—9） 查《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》＝950 ＝110，＝（2—4）Ph＝15 Δt溫差取2.5℃ 代入數(shù)據(jù)得C=32μm ② 預(yù)拉伸力 （3—10） 代入得＝4807N （8） 確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號，規(guī)格 ① 軸承所承受得最大軸向載荷 FBmax＝4807＋2200＝7007 ② 軸承類型 兩端固定的支承形式，選背對背60角接觸推力球軸承 軸承內(nèi)徑 d略小于d2＝40，F(xiàn)BP =1/3FBmax，取d＝30 帶入數(shù)據(jù)得FBP＝2336N 軸承預(yù)緊力：預(yù)力負荷≥FBP 按《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》選取軸承型號規(guī)格 當d＝30mm，預(yù)加負荷為：≥FBP 所以送7602030TVP軸承 d＝30，預(yù)加負荷為2900>FBP＝2336N （9） 滾珠絲杠副工作圖設(shè)計 ① 絲杠螺紋長度 由表查得余程 ② 兩固定支承距離L1，絲杠L ③ 行程起點離固定支承距離L0 ＝1290，L1＝1350 ＝1410，L0＝30 （10） 傳動系統(tǒng)剛度 ① 絲杠抗壓剛度 絲杠最小抗壓剛度 （3—11） :絲杠底徑 ：固定支承距離 代入數(shù)據(jù)＝782N/μm ② 絲杠最大抗壓剛度 （3—12） 代入數(shù)據(jù)得9000 N/μm ③ 支承軸承組合剛度 一對預(yù)緊軸承的組合剛度 （3—13） ：滾珠直徑mm， Z：滾珠數(shù) ：最大軸向工作載荷N 軸承接觸角 由《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》查得 7602030TVP軸承是預(yù)加載荷得3倍 kamax＝8700N/ =375 N/μm 支承軸承組合剛度kb=2kbo Kb=750N/μm 滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 （3—13） kc：《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》上的剛度 kc＝2150 N/, ca=2200N, Fp=733N 代入數(shù)據(jù)得kc＝1491 N/ （11） 剛度驗算及精度選擇 dQ=3.5，Z＝17，β＝ （3—14） 代入前面所算數(shù)據(jù)＝1/30 （3—15） 代入前面所算數(shù)據(jù)得1/kmin=1/476 F0=μ0W1 已知W1＝800N, μ0=0.2, F0=160N F0:靜摩擦力，μ0：靜摩擦系數(shù)，W1：正壓力 驗算傳動系統(tǒng)剛度 ＝；已知反向差值或重復(fù)定位精度為10 ＝30>25.6 傳動系統(tǒng)剛度變化引起得定位誤差 ＝（－），代入＝5 （3—16） 確定精度 ：任意300mm內(nèi)行程變動量對系統(tǒng)而言 0.8×定位精度－ 定位精度為20/300 <14.3,絲杠精度取為3級 ＝12<14.3 確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號 已確定得型號：FFZD 公稱直徑：40，導(dǎo)程：5 螺紋長度1290，絲杠長度1410 P類3級精度 所選規(guī)格型號：FFZD4005-3-P3/1410×1290 （12） 驗算臨界壓縮載荷 絲杠所受大軸向載荷小于絲杠預(yù)拉伸力F 不用驗算 （13） 驗算臨界轉(zhuǎn)速 （3—17） ：臨界轉(zhuǎn)速n/min f：與支承形式有關(guān)的系數(shù) ：絲杠底徑 ：臨界轉(zhuǎn)速計算長度mm 由《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》得f＝21.9, =40, = 可得＝5028>=1500 3.2.4 橫向滾軸絲杠副的計算與設(shè)計 已知條件： 工作臺重量W1=80KG=800N 工件及夾具最大重量W2=200N 工作臺最大行程LK=950mm工作臺導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為u=0.1 快速進給速度VMAX=2m/min 定位精度為20um/300mm,全行程25um,重復(fù)定位精度為10um 要求壽命為10000小時（單班制工作十年）。各種切削方式的縱向切削力Fa,速度V和時間比例q及其他見下表 表二 切削方式的縱向切削力Fa,速度V和時間比例q 切削方式 縱向切削力 Pxi(N) 垂向切削力 Pzi(N) 進給速度 Vi(m/min) 工作時間百分比 % 絲杠軸向載荷 (N) 絲杠轉(zhuǎn)速 r/min 強力切削 2000 1200 0.6 10 2920 60 一般切削 1000 500 0.8 30 1850 80 精切削 500 200 1 50 1320 100 快速進給 0 0 2 ５ 800 1500 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 —： （3—18） Vmax工作臺最高移動速度； ：電機最高轉(zhuǎn)速 I ：傳動比 電機與絲杠間為齒輪連接式 i=4（取一級減速齒輪） 由上表查得=2m/min，=1500r/min 代入得0.33mm 查《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》取5mm （1） 確定當量轉(zhuǎn)速與當量載荷 各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速 由上表查的=0.6, =0.8, =1, =2 代入得120，160，200，400 各種切削方式下，絲杠軸向載荷 ：絲杠軸向載荷，：縱向切削力，：垂向切削力 由上表得 (i=1,2,3,4)分別為2000 N,1000N,500N,0N (i=1,2,3,4)分別為1200N,500N,200N,0N 已知＝800 N，＝200 N 代入得 (i=1,2,3,4)分別為2200N，1150N，620N，1000N ① 當量轉(zhuǎn)速 /100+/100+/100+/100 數(shù)據(jù)代入得200r/min ② 當量載荷 （3—19） 帶入數(shù)據(jù)得＝1097N 初選滾珠絲杠副，由公式《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》（3.7－24）知 （3—20） 查《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》表（3.7－51）—表（3.7－54） 得＝1，＝1，＝1，＝0.53，=1.3，＝10000h 代入數(shù)據(jù)可求得＝13272N=13.27KN （2） 確定允許的最小螺紋底徑 ① 估算絲杠允許的最大軸向變形量 （1/3—1/4）重復(fù)定位精度 (1/4—1/5 )定位精度 ：最大軸向變形量 已知重復(fù)定位精度10，定位精度25， ＝3 ＝6 取兩種結(jié)果最小值＝3 ② 估算最小螺紋底徑 絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式 （3—21） ：最小螺紋底徑mm L＝（1.1—1.2）行程+(10—14) 靜摩擦力= 已知行程950mm，＝800N, =0.2 代入數(shù)據(jù)得L=1110mm，＝160N, =9.5mm （3） 確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號 選內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒螺母型墊片預(yù)緊形式 由計算出的，，在《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》中選取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD4005-5 =5, =22000N>=13272N （4） 確定滾珠絲杠副預(yù)緊力 = 其中＝2200 ＝733N （5） 行程補償值與拉伸力 ① 行程補償值C=11.8，式中＝ 查《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》 ＝950，＝110，＝（2—4）＝15 溫差取 代入數(shù)據(jù)得C=32 ② 預(yù)拉伸力 ＝1.95 代入得＝4807N （6） 確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號，規(guī)格 ① 軸承所承受得最大軸向載荷 ＝4807＋2200＝7007 ② 軸承類型 兩端固定的支承形式，選背對背60角接觸推力球軸承 軸承內(nèi)徑 d略小于＝40，=，取d＝30 帶入數(shù)據(jù)得＝2336N 軸承預(yù)緊力：預(yù)力負荷 按《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》選取軸承型號規(guī)格 當d＝30mm，預(yù)加負荷為： 所以送7602030TVP軸承 d＝30，預(yù)加負荷為2900>＝2336N （7） 滾珠絲杠副工作圖設(shè)計 ① 絲杠螺紋長度 由表查得余程 ② 兩固定支承距離，絲杠L ③ 行程起點離固定支承距離 ＝1290，＝1350，＝1410，＝30 （8） 傳動系統(tǒng)剛度 ① 絲杠抗壓剛度 絲杠最小抗壓剛度 ＝6 .6 （3—22） :絲杠底徑 ：固定支承距離 代入數(shù)據(jù)＝782N/ 絲杠最大抗壓剛度 ＝6 .6 代入數(shù)據(jù)得9000 N/ ②支承軸承組合剛度 一對預(yù)緊軸承的組合剛度 （3—23） ：滾珠直徑mm Z：滾珠數(shù)， ：最大軸向工作載荷N 軸承接觸角 由《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》查得7602030TVP軸承 是預(yù)加載荷得3倍 ＝8700N/ =375 N/ 支承軸承組合剛度 ＝750 N/ ③ 滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 （3—24） ：《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》上的剛度 ＝2150 N/, =2200N, =733N 代入數(shù)據(jù)得＝1491 N/ （9） 剛度驗算及精度選擇 =3.5，Z＝17，＝ （3—25） 代入前面所算數(shù)據(jù) 得＝ （3—26） 代入前面所算數(shù)據(jù) 得 已知＝800N, =0.2, =160N :靜摩擦力，：靜摩擦系數(shù)，：正壓力 驗算傳動系統(tǒng)剛度 ＝ 已知反向差值或重復(fù)定位精度為10 ＝30>25.6 傳動系統(tǒng)剛度變化引起得定位