高精度数控丝杠车床母丝杠结构的设计

1 母丝杠的设计

高精度数控丝杠车床母丝杠的设计需要考虑多方面, 由于高精度对热及振动所造成的影响反应敏感;母丝杠的长度一般比较长, 因此其支撑是必须的, 在设计时要考虑以上因素。

母丝杠选择滚珠丝杠, 一端与伺服电机连接, 通过伺服电机带动母丝杠运动, 或者采用滚珠丝杠螺母旋转方式。前者为传统方式, 如果母丝杠长度非常长则带动丝杠旋转的电机功率非常大, 消耗电量;后者电机一般安装在床鞍上, 电机功率较小, 母丝杠不动, 但由于电机的振动会传递给床鞍, 影响加工精度。由于两种方法目前均有采用, 要根据具体的情况进行选择, 粗车或半精车可采用后者, 如果精加工并且对加工精度要求高, 则采用前者。

对于螺母的保护一般采用橡胶垫, 厚度为40 mm~50 mm, 固定在丝杠两端的上, 一旦丝杠超程, 该橡胶垫可防止螺母损坏。

丝杠定位采用一端轴向定位, 一端轴向不完全定位的方法。这样做的原因是:由于滚珠丝杠在工作时会产生热量, 丝杠会由于热变形而伸长, 如果两端都定位, 则丝杠变弯影响加工精度, 并且与支撑件产生振动。丝杠受热后, 向不完全定位的方向微量伸长, 丝杠车床的转速不高, 床鞍移动较慢, 加之受力较小, 伸长量不大。

2 滚珠丝杠的计算

滚珠丝杠副的导程P计算公式为:

其中:Vmax为工作台最高移动速度;nmax为电机最高转速;i为传动比。

在选择滚珠丝杠时有几个最重要的参数:导程P、公称直径d0、额定动载荷C、额定静载荷C0。

额定静载荷C0的计算公式为:

其中:fs为静态安全系数, 一般载荷取1~2, 有冲击或振动时取2~3;Famax为最大轴向载荷。

动载荷的相关计算参照所选厂商的样本计算。

滚珠丝杠寿命Lh的计算公式为:

其中:Lh为回转次数;nm为平均转速。

临界转速nk的计算公式为:

其中:l为未支撑长度mm;E为杨氏模量;I为丝杠最小断面惯性矩;A为丝杠断面面积;γ为丝杠比重

3 润滑设计

滚珠丝杠的润滑方式与滚动轴承润滑方式是相同的, 对于滚珠丝杠传动机构可以采用一般滚动轴承的润滑规定, 即可采用润滑油润滑, 亦可采用润滑脂润滑。

当采用油润滑滚珠丝杠时, 可使用润滑滚动轴承一样的润滑油。由于不断地补给, 润滑油在起润滑作用同时还对丝杠有清洁、冷却的作用。

4 托架结构的设计

高精度数控丝杠车床母丝杠由于丝杠长, 因此会产生一定的弯曲挠度, 采用一定数量的托架是必须的。托架的数量根据丝杠挠度的大小, 机床的精度要求等有关。

车床母丝杠挠度计算:

支撑的选择应该根据机床的具体情况, 根据所设计机床的精度要求, 合理的选择支撑个数, 同时要考虑到机床的运动对支撑的影响, 床鞍运动的速度, 支撑升降速度等等。由于床鞍运动时, 支撑必须让开与床鞍相连接的螺母, 因此必须考虑由此带来的母丝杠的挠度变化。支撑越多越好, 因为在滚珠丝杠螺母通过时, 会有一个支撑躲开螺母, 这样滚珠丝杠在不考虑床鞍通过螺母对丝杠作用的情况下, 丝杠悬长加大, 挠度增加, 根据挠度的变化来最终确定支撑的数量。以S1Z-030为例, 悬长为6868mm挠度为3.65mm, 作为高精度丝杠车床, 这是绝对不行的, 而且也容易产生振动及噪声等。根据挠度公式及机床的情况, 进行分析, 确定支撑的数量, 在进行挠度计算, 根据机床设计的要求, 满足精度, 最终确定11个支撑, 这是合理的。挠度为0.00017mm.

5 结语

高精度数控丝杠车床母丝杠的设计需要考虑多方面的原因, 从多角度思考, 避免各种错误, 则与普通数控机床有很大的区别。

摘要：丝杠作为机床传送动力及定位的关键部件, 是机床性能的重要保证。因此对于总机设计来说选取正确的丝杠应是一项十分重要的工作。从设计角度讲述如何选用丝杠, 包括在设计中所必需的参数计算。

关键词：丝杠,机床,定位,传送,动力

参考文献

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