1滚珠丝杠副的载荷计算
5Yq@;e "@0]G<H
(1) 工作载荷F
S_UIO.K yN(%-u" 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实验公式计算:
-x`@6 对于燕尾形导轨机床
+',S]Edx F=kFx+f'(Fz+2Fy+W)(1)
u\;C;I-? ' 对于矩形导轨机床
+a{1)nCXe F=kFx+f'(Fz+Fy+W)(2)
/@TF5]Ri 对于三角形或组合导轨机床
SoSb+\*@h F=kFx+f'(Fz+W)(3)
JP[K;/ 对于钻镗主轴圆导轨机床
s9DYi~/, F=Fx+f*2M/dz (4)
w_K1]<Q* 对于滚动导轨机床
.4!=p*Y F=Fx+f'(Fz+W)+Fr(5)
vV-`jsq20H 式(1)~(5)中:Fx、Fy、Fz—x、y、z方向上的切削分力,N;
6mxfLlZ Fr—密封阻力,N;W—移动部件的
重量,N; M—主轴上的扭矩,N·m;dz—主轴直径,mm;
,R*
]>' f′—导轨摩擦系数; f—轴套和轴架以及主轴的键的摩擦系数; k—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数值。
M!D3 }JRm (2) 最小载荷Fmin
最小载荷F?min为数控机床空载时作用于滚珠丝杠的轴向载荷。此时,Fx=Fy=Fz=0。
(3) 最大工作载荷F?max
最大载荷F?max为机床承受最大切削力时作用于滚珠丝杠的轴向载荷。
(4) 平均工作载荷Fm与平均转速nm
当机床工作载荷随时间变化且此间转速不同时,
当工作载荷与转速接近正比变化且各种转速使用机会均等时,可用下式求得Fm和nm。 Fm=(2Fmax+Fmin)/3(8) `7V]y-
nm=(nmax+nmin)/2(9)
2滚珠丝杠副主要技术参数的确定
(1) 导程Ph
根据机床传动要求,负载大小和传动效率等因素综合考虑确定。一般选择时,先按机床传动要求确定,其公式为:
Ph≥vmax/nmax(10)
式中:vmax—机床工作台最快进给速度,mm/min; nmax—驱动电机最高转速,r/min。 在满足控制系统分辨率要求的前提下,Ph应取较大的数值。 (2) 螺母选择 由于数控机床对滚珠丝杠副的刚度有较高要求,故选择螺母时要注重其刚度的保证。推荐按高刚度要求选择预载的螺母型式。其中插管式外循环的端法兰双螺母应用最为广泛。它适用重载荷传动、高速驱动及精密定位系统。并在大导程、小导程和多头螺纹中具有独特优点,且较为经济。 ①滚珠的工作圈数i和列数j。根据所要求性能、工作寿命,推荐按表2选取。
②法兰形状。按安装空间由标准形状选择,亦可根据需要制成特殊法兰形状。
(3) 导程精度选择
根据机床定位精度,确定滚珠丝杠副导程的精度等级。一般情况下,推荐按下式估算:
E ≤ (1/4 ~ 3/5) Td (11)
式中:E——累计代表导程偏差,μm; TD——机床有效行程的定位精度,μm。 典型机床进给滚珠丝杠的精度等级选择见表3。
(4) 累积基准导程目标值T
dJNe+
MB` 为补偿由于温度升高或在外部载荷下滚珠丝杠延伸,需规定累积导程的目标值T。以避免温度上升对导程精度的影响。
7Kxp=-k T=-αθL(12)
Yufc{M00 式中:α—热膨胀系数(α=12×10-6/℃); θ—丝杠温升,℃(一般取θ=2~3℃); L—丝杠长度,mm; 典型数控机床累积导程的目标值为:X轴:Tx=(-0.02~-0.05)mm/m; Z轴:Tz=(-0.02~-0.03)mm/m;加工中心:Tx=Ty=(-0.02~-0.04)mm/m。
59;KQ (5) 丝杠螺纹长度l 按下式计算:l=lu+l1+2le(13) 式中:lu—机床工作台有效行程,mm; le—余程(按表4选取),mm; 1—螺母长度,mm。
T%*D~=fQ' ":QZy8f9% 图1 轴向载荷F(N)
图2中的斜线表示相应直径丝杠的临界速度时的极限转速;与横坐标垂直的直线,表示由Dn值限制的转速,按要求Dn≤70000,D为丝杠滚珠中心圆的直径(mm),n为丝杠转速(r/min);与横坐标平行的粗实线,表示丝杠相应直径可制造生产的极限长度。