絲杠參數(shù)設(shè)計

1、摘要：絲杠作為機床傳送動力及定位的關(guān)鍵部件，是機床性能的重要保證。因此對于總機設(shè) 計來說選取正確的絲杠應(yīng)是一項十分重要的工作。本文將從設(shè)計角度講述如何選用絲杠，包 括在設(shè)計中所必需的參數(shù)計算。關(guān)鍵詞：絲杠，機床，定位-21.5-刖言隨著國內(nèi)機床行業(yè)的快速發(fā)展，大家對絲杠的使用負載、速度、精度壽命要求越來越高，因 此對于絲杠的設(shè)計者來說，絲杠的負荷問題、熱變形問題、定位精度問題、使用壽命問題等 都要有一個清楚的認識。1、HDL50三坐標加工單元對絲杠負荷的具體要求2007年10月，大連機床集團加工中心所自行研制開發(fā)HDL50三坐標加工單元，其對絲杠 有著嚴格的技術(shù)要求，要求其快移速度v=54m/

2、min，加速度為a=0.5g，動載荷,C=58200N，靜載荷158000N，螺距P=20mm （由FANUC伺服電機a30/3000i決定），行程ST=800mm，采用一端固定另一端支持的安裝方式。其結(jié)構(gòu)如圖1：1、旋緊螺母2、法蘭盤3、軸承4、承載重物5、端蓋6、電機支座7、軸承座8、軸承壓蓋9、絲杠10、絲杠螺母11、法蘭盤12、軸承13、聯(lián)軸器14、電機圖11.1軸向負荷的計算1.1.1 （水平往復(fù)運動）螺母及承載重物水平的往復(fù)運動，如圖2,其軸向負荷分析如下：向左等加速運動：Fa1=pxmg+f+ma向左等速運動：Fa2=pxmg+f向左等減速運動：Fa3=pxmg+f-ma向右等加

3、速運動：Fa4=-pxmg-f-ma向右等速運動：Fa5=-pxmg-f向右等減速運動：Fa6=-pxmg-f+maa=Vmax/TVmax：為最高速度T：達到最高速度所用時間m：總質(zhì)量，指螺母帶動的所有物重隊導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f:無負荷時的阻力圖2由此可得向左等加速運動或向右等加速運動時螺母的載荷最大，因此在設(shè)計軸向載荷時應(yīng)該主要參考此數(shù)值。Fa1=|jxmg+f+ma=0.01x2150 x9.8+100+2150 x0.5x9.8=10845.7N1.1.2 (垂直往復(fù)運動)，如圖3,其軸向負荷分析如下:上升等加速運動：Fa1=pxmg+f+m(a+g)上升等速運動：Fa2=pxmg+f+mg

4、上升等減速運動：Fa3=pxmg+f+m(g-a)下降等加速運動：Fa4=m(g-a)-pxmg-f下降等速運動：Fa5=mg-pxmg-f下降等減速運動：Fa6=m(g+a)- pxmg-f由此可得上升等加速運動時螺母的載荷最大，因此在設(shè)計軸向載荷時應(yīng)該主要參考此數(shù)值。Fa1=pxmg+f+m(a+g)= 0.01x328x9.8+100+328x1.5x9.8=4953N1.2絲杠軸容許軸向負荷因工作臺、主軸箱、工件等自重，對絲杠本身產(chǎn)生的壓縮負荷，所以必須驗算對絲杠挫屈的 安全性。如下公式分析:a:安全系數(shù)(取a=0.5)E:彈性系數(shù)I：絲杠軸牙底直徑(I=ndr4/640N/MM2)

5、dr:絲杠軸牙底直徑(dr=絲杠節(jié)圓直徑-鋼珠直徑mm)L：安裝間距(絲杠兩端安裝的相對距離)m、N:依據(jù)絲杠安裝的方式而定的系數(shù)支持-支持m=5.1(N=1)固定-支持m=10.2(N=2)固定-固定m=20.3(N=4)固定-自由 m=1.3(N=1/4)10XxlON)=i85glON1.3基本靜額定負荷Co即絲杠軸向靜止的負荷，是絲杠承受絲杠溝槽與鋼珠接觸點(即螺母與絲杠軸)的永久變形 量和鋼珠本身的永久變形量的總和達到鋼珠直徑的0.01%時的最大的軸向力，此負荷即為 基本靜額定負荷。1.4基本動額定負荷Ca動負荷是指一批相同規(guī)格的絲杠以相同條件轉(zhuǎn)10次，其中90%的絲杠不會因為疲勞而

6、產(chǎn)生 剝離現(xiàn)象。此軸向負荷為動額定負荷。2、HDL50三坐標加工單元絲杠定位精度在機床進給精度的誤差中，導(dǎo)程精度、進給系統(tǒng)的剛性是研究的重點，其他像因溫升產(chǎn)生的 熱變形和導(dǎo)引面的組裝精度等因素也須加以考慮。絲杠軸因熱而伸長變形，會導(dǎo)致定位精度的變化。熱變形的多少可以由下列公式計算：V L=pxBxL其中 VL礦熱變形筮八熱膨脹系數(shù)6：楚杠制的平刻溫升 L：絲杠的全長上式可以解釋為1000mm長的絲杠在每升1 C就會有產(chǎn)生12Mm的伸長量。因此即使絲杠 軸的導(dǎo)程經(jīng)過高精度的加工，也會因溫升產(chǎn)生的變形而無法滿足高精度的定位要求。另外絲 杠的運轉(zhuǎn)速度越高，則平均溫升也相對提高，熱變形也就越大。因此必

7、須想出辦法解決此問 題，如下有三種解決的方案：控制發(fā)熱量：a：選擇適當?shù)念A(yù)壓力。b：選擇正確且適量的潤滑劑。c：加大滾珠絲杠的導(dǎo)程、降低轉(zhuǎn)數(shù)。施加強制冷卻a：采用中空絲杠，利用冷卻液通入，將產(chǎn)生的熱量帶走。b：絲杠軸外緣以潤滑油或空氣冷卻。(3)避免溫升的影響:a：求出累積導(dǎo)程誤差的目標值取負值補正。b：待機床高速運轉(zhuǎn)溫升后，再使用。c：絲杠安裝時施加預(yù)拉力。d：使用光柵尺進行誤差補償；采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。2.2HDLSO絲杠熱變形的具體計算根據(jù)軸承的負荷能力，累計導(dǎo)程的目標溫升3Ca：熱變形量VLff L淳l?x 101276-0.046 3囪b；預(yù)拭力標E x匯2,1 * 10七蔑 k (35 3.5F4 x 12763、絲杠的壽命絲杠在正常使用狀態(tài)下，在經(jīng)過一段時間后會因為各種原因惡化而無法使用，這段時間就是 它的壽命。一般分為兩種：a.疲勞壽命：即發(fā)生剝離現(xiàn)象時。b.精度壽命：因磨損而使精度惡化時。疲勞壽命有三種表達形式:a：總回轉(zhuǎn)數(shù)b：總運轉(zhuǎn)時間c：總行程L=（京二 jxl伊 Lr = 一A-= mFa x Jw 160 xw * 10fl長的壽命會使選擇的絲杠的尺寸太大，造成不經(jīng)濟的結(jié)果，因此大部分都會選擇在10000 小時到20000小時。4、結(jié)束語：本文舉例簡要敘述了滾珠絲杠在機床設(shè)計時，應(yīng)該注意的