XK712数控铣床Z向步进进给系统设计 - 图文(4)

F2=Famin+20úmax ； F3=Famin+5úmax

一般情况下，计算滚珠丝杠的当量转速nm和当量载荷Fm时，只取滚珠丝杠的最大、最小轴向载荷Famax、Famin，加工和精加工时的轴向载荷F2、F3以及相应的转速n2、n3的关系如下表所示：

表3-4 数控铣床滚珠丝杠的计算

切削方式 强力切削 粗加工 精加工 快移和钻镗定位 轴向载荷/N 166.05 39.39 14.48 6.18 进给速度/（m/min） v1=0.6 v2=0.8 v3=1 v4=2 时间比例（/%） 10 30 50 10 备注 F1=Famax F2=Famin+20úmax F3=Famin+5úmax F4=Famin 注：表3-4出处——《数控技术课程设计》中的表4-2。

2、计算滚珠丝杠螺母副在各种切削方式下的转速i。

n1?n2?n3?n4?v1L0v2L0v3L0v4L0????0.65?100.85?1015?1025?10?3?3?3?3nr/min?120r/minr/min?160r/min

r/min?200r/minr/min?400r/min3、按式计算滚珠丝杠螺母副的平均（当量）转速nm

nm?q1100n1?q210030100n2????160?qn10050100nm?200??400)r/min?200r/min10010

?(10100

?120?4、按表计算滚珠丝杠螺母副的平均（当量）载荷Fm

F1=Famax=166.05 N

F2=Famin+20úmax=15.45+20%×166.05N=39.39 N F3=Famin+5úmax=15.45+5%×166.05N=14.48 N

F4=Famin=6.18N

按公式计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷Fm。

Fm?3F13n1q1nm1003?F2103n2nm???Fn33nnqnnm100?30100?14.48?3?3166.05?120200?100?39.39?160200200200?50100?6.18?3400200?10100N?66.26N

（三）、确定滚珠丝杆预期的额定动载荷Cam 1、按预定工作时间估算。

Cam=360nmLhFmfw100fafc N （3-11）

式中：nm——滚珠丝杠的当量转速，取nm=200r/min；

Lh——数控机床的预期工作时间，由已知条件可知道Lh=20000 h； ——可靠性系数，一般情况下可靠性系数应达到97%，取fc=0.44；

=1；

Fm——滚珠丝杠的当量载荷，取Fm=66.26N fcfa——精度系数，根据初步选择滚珠丝杠的精度等级为2级精度，取fafw——负荷系数，查表2-18，根据负荷性质，有轻微冲击，取fw=1.3。 Cam=360nmLhFmfw100fafc=1216.59 N

2、因为滚珠丝杠预期的额定动负荷

CamCam。

=feFamax N

=feFamax=747.225 N

Cam式中：fe——预加负荷系数，按中预载选取fe=4.5。

Cam3、确定滚珠丝杠预期的额定动负荷取以上两种结果的最大值，

Cam

=1216.6 N

d2m（四）、按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径

1、根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形量

?max必须满足下式：

?max=（

12~）重复定位精度?m

31从定位精度的角度考虑，规定滚珠丝杠允许的最大轴向变形量?max必须满足下式：

?max=（

14~）定位精度?m

51已知机床的定位精度为8?m，重复定位精度为5?m，则

?max=（

1315~

1214）×5?m=（1.67～2,5）?m ）×8?m=（1.6～2）?m

?max=（~

取上述计算结果较小的值，?max=1.6?m，即允许滚珠丝杠的最大轴向变形越小越好。

2、估计允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m。

滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定的支承方式，则

d2m?10

10F?0L??maxE=0.039F?0L?max㎜ （3-12）

式中：L—滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离。

L=行程+安全行程+2×余程+螺母长度+支承长度

?（1.2~1.4）行程+螺母长度+（25~30）L0

=（1.4×300＋95+30×5）㎜ =665 ㎜

d2m?0.039F?0L?max=1.83 ㎜

3.4.4初步确定滚珠丝杠螺母副及相应轴承的规格型号 (一)、确定滚珠丝杠螺母副 根据计算所得的

L0、

Cam、

d2m和结构的需要，按滚珠丝杠副的额定动载荷

C0大于

Cam，d2m≥1.83mm的原则，以及老师和前辈的经验， 根据《实用数

控机床技术手册》表2-3-5初步选择内循环双螺母4005-4 型滚珠丝杠，具体参数如下：

型号 公称 直径mm

导程mm 珠径mm 珠圈数 动负载 静负载N N 最小螺纹底径

mm 4005-4

1、确定滚珠丝杠螺母副的预紧力Fp FP=

1340 5 3.175 4 15887 52271 37.725 Famax=

13×166.05 N=55.35 N

2、计算目标行程补偿值?t。

（3-13） ?t=??tLu=11?tLu10?6㎜

式中：?t——温度变化值（2～3?C），取?t=2?C；

，取?=11×10?6?m/?C； ?——丝杠的线膨胀系数（?m/?C）

Lu——滚珠丝杠副的有效行程（㎜）。

Lu=Z轴行程+安全行程+2×余程+螺母长度 =（300+101+2×10+95）㎜ =516㎜

?t=??tLu=11?tLu10?6=11×2×516×10?6㎜=0.014㎜

3、计算滚珠丝杠的预拉伸力Ft

Ft=

?tAELu=??t?d242E=1.81?td2 N （3-14）

2式中：d2——滚珠丝杠螺纹底径（㎜），取d2=37.324㎜

E——弹性模量（MPa），取E=2.1×105 MPa

2??mmA——滚珠丝杠轴的截面积；

?——滚珠丝杠的温升变化值（2～3C），取取?t=2?C。

?tFt=

?tAELu=??t?d242E=1.81?td2N=1.81×2×37.324N=5043 N

22（二）、确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号 1、计算轴承所承受的最大轴向载荷FBmax。 FBmax?Ft?

12Famax?5043?12?166.05?5126.02N

2、计算轴承的预紧力FBp。 FBP?13FBmax?13?5126.02?1708.67N

3、计算轴承的当量轴向载荷FBam。

FBam?FBP?Fm?1708.67?66.26?1774.93N

4、计算轴承的基本额定动载荷C。

已知轴承的工作转速n=nm=230r/min，轴承所承受的当量轴向载荷

FBam=1774.93N，轴承的基本额定寿命L=20000h。轴承的径向载荷Fr和轴向载荷Fa分别为

Fr?FBamcos600?1774.93?0.5?887.46N Fa?FBamsin600?1774.93?0.87?1544.19N

因为

FaFr?1544.19887.46?1.74?2.17，所以查《现代实用机床设计手册》949页表

3-7-53得，径向系数X=1.9，轴向系数Y=0.54，故

P?XFr?YFa?1.9?887.46?0.54?1544.19?2520.04N C?P100360nLh?2520.04100360?200?20000?15660.7N

表3-17 载荷因数 组合列数 承载列数 组合形式 FaFrFaFr2列 1列 DF X Y 1.9 0.94 0.92 1.0 2列 DT — — 0.92 1.0 1列 DFD 1.43 0.77 0.92 1.0 3列 2列 DFD 2.33 0.35 0.92 1.0 3列 1列 4列 2列 3列 4列 DTD DFT DFF DFT DTT — — 0.92 1.0 1.17 0.89 0.92 1.0 2.33 0.35 0.92 1.0 2.53 0.26 0.92 1.0 — — 0.92 1.0 ≤2.17 ≥2.17 X Y 注：表3-15出处——《现代实用机床设计手册》949页表3-7-53

5、确定轴承的规格型号。