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電火花機(jī)床主傳動(dòng)部分（滾珠絲杠副）
XX學(xué)院
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
設(shè)計(jì)題目：電火花機(jī)械體設(shè)計(jì)
（主軸滾珠絲杠）
系 別：機(jī)械學(xué)院數(shù)控系
專 業(yè)：數(shù)控技術(shù)
班 級(jí)：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
完成時(shí)間：
目 錄
緒論……………………………………………………………………….………….02
第一章機(jī)床的形狀分析及型號(hào).………………………………………..…..….03—05
第一節(jié).機(jī)床的形狀分析………………………………………………….............03
第二節(jié)機(jī)床的型號(hào)…………………………………………………………...........04
第二章電火花機(jī)床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)部件………………………………………………..06
第一節(jié)滾珠絲杠副分析………………………………………………………..07
第二節(jié)滾珠絲杠副的代號(hào)及編號(hào)規(guī)則………………………………………..14
第三章滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算………………………………………...……...16
第一節(jié)滾珠絲杠副螺母副的特點(diǎn)…..................................................................16
第二節(jié)滾珠絲杠的標(biāo)準(zhǔn)和精度選擇…………………………………………..20
第三節(jié)滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………..…20
第四節(jié)滾珠絲杠的支承………………………………………………………..21
第五節(jié)滾珠絲杠螺母副的選擇步驟…………………………………………..23
第四章滾珠絲杠參數(shù)的分析與計(jì)算………………………………………………..23
第一節(jié)滾珠絲杠的選用方式………………………………..…………………23
第二節(jié)滾珠絲杠支承方式的選用……………………………………………..25
第三節(jié)本設(shè)計(jì)中絲杠參數(shù)的校驗(yàn)………...…………………………………...26
總結(jié)及鳴謝………………………………………………..…………………………29
參考文獻(xiàn)…………………………………………….……………………………….29
緒 論
電火花加工技術(shù)（EDM）是一種把電能用來(lái)轉(zhuǎn)換成熱能來(lái)加工的一種新技術(shù)，它是靠熱能來(lái)融化工件從而使工件得到有效的尺寸從而與傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)有了本質(zhì)的區(qū)別，在加工精度上有著無(wú)法比擬的差距。
本書主要介紹電火花機(jī)床主軸頭里零件的設(shè)計(jì)等，但主軸頭里滾珠絲杠將是本書的要點(diǎn)，從滾珠絲杠的設(shè)計(jì)到最后的校合書上都一一講明，至于其他電方面的系統(tǒng)與零件本書只是略有提及。
滾珠絲杠在電火花中的主要作用是把伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為電極的直線運(yùn)動(dòng)，所以對(duì)滾珠絲杠的尺寸和形狀公差要求比較高，本書基本上涉及到絲杠的各個(gè)技術(shù)要求，從形狀的分析到零件材料的選擇和熱處理等等，希望本書的出現(xiàn)能給讀者帶來(lái)實(shí)質(zhì)上的幫助。
由于編者水平有限，書中難免有不足之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者 于
二零零八年三月
第一章機(jī)床的形狀分析及型號(hào)
第一節(jié).機(jī)床的形狀分析;
如圖1-1所示為最常見的電火花穿孔機(jī),它包括主機(jī)、電源箱、工作液循環(huán)系統(tǒng)、如果采用液壓伺副服系統(tǒng)，則應(yīng)該還包括液壓系統(tǒng)，共四大部分組成.但兼于本設(shè)計(jì)趨向于機(jī)械傳動(dòng)所以本書只在于表達(dá)滾珠絲杠傳動(dòng)部分.
主機(jī)用于支撐工具電極和工件間相對(duì)的位置,并實(shí)現(xiàn)電極在加工過(guò)程中穩(wěn)定的進(jìn)給運(yùn)動(dòng).主機(jī)主要由床身、立柱、主軸頭、工作臺(tái)及潤(rùn)滑系統(tǒng)組成.電源箱包括脈沖電源,自動(dòng)控制系統(tǒng)和其他電氣控制系統(tǒng)組成
電火花機(jī)床是靠帶電電極與工件間通過(guò)一定的間隙(0.01～0.5mm)放電使高壓電流擊穿絕緣介質(zhì)使介質(zhì)電離導(dǎo)電產(chǎn)生瞬間的高溫把金屬材料逐步去除,所以放電的間隙對(duì)工件加工的精度有著絕對(duì)的影響,而這方面主要取決于主軸頭里滾珠絲杠的精度.
第二節(jié)機(jī)床的型號(hào)
本節(jié)主要介紹電火花機(jī)床的型號(hào)及選用方法;
我國(guó)早期生產(chǎn)的電火花機(jī)床主要采用RC﹑RLC﹑和電子管等窄脈沖電源分別命名為D61系列,但80年代以后開始大批使用晶體管脈沖電源電火花機(jī)床既可以用來(lái)做穿孔加工也可以用來(lái)做成型加工故1985年起國(guó)家機(jī)械部把電火花機(jī)床定名為D71系列,具體型號(hào)表示方法如下:
D(電火花加工機(jī)床)71(穿孔成型加工機(jī)床)32(工作臺(tái)寬度)
表（1.1）電火花穿孔加工機(jī)床主參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)
工作臺(tái)
臺(tái)面
寬度B
/mm
200
250
320
400
500
630
800
1000
長(zhǎng)度L
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
行程
縱向X
160
250
400
630
橫向Y
200
320
500
800
最大承載質(zhì)量/KG
50
100
200
400
800
1500
3000
6000
T型槽
槽數(shù)
/mm
3
5
7
槽寬
10
12
14
18
槽間距離
63
80
100
125
主軸連接板至工作臺(tái)最大距離H
300
400
500
650
700
800
900
1000
主軸頭
伺服行程Z
80
100
125
150
180
200
250
300
滑座行程W
150
200
250
300
350
400
450
500
工具電極
最大質(zhì)量/kg
Ⅰ型
20
50
100
250
Ⅱ型
25
100
200
500
連接尺寸
工作液槽內(nèi)壁
長(zhǎng)度d
/mm
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
寬度c
300
400
500
630
800
1000
1250
1600
高度h
200
250
320
400
500
500
800
1000
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外主要電火花穿孔成型機(jī)床的型號(hào)往往會(huì)加上本廠的廠名及其他代號(hào)，每個(gè)廠的型號(hào)都不是統(tǒng)一的，在細(xì)節(jié)上因廠而異但是主體上是相差不遠(yuǎn)的，只是在主標(biāo)準(zhǔn)的前后添上各自的廠標(biāo)。
第二章電火花機(jī)床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)部件
滾珠絲杠在電火花機(jī)床中是把伺服電機(jī)轉(zhuǎn)化成電極軸的直線運(yùn)動(dòng)所以一個(gè)電火花機(jī)床的性能指標(biāo)很大程度上依賴與主軸伺服電機(jī)相連接的滾珠絲杠的精度。（見CAD圖2-1）39
滾珠螺旋的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合圖（2-2）如下；
特點(diǎn)
應(yīng)用場(chǎng)合
（1） 摩擦阻力小，傳遞效率高（η>90%）
（2） 結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造困難
（3） 具有運(yùn)動(dòng)可逆性，可回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為直線運(yùn)動(dòng)也可直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
（4） 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)啟動(dòng)后無(wú)顫動(dòng)。低速時(shí)無(wú)爬行。
（5） 螺母與螺桿經(jīng)頂緊可達(dá)到很高的定位精度（1um~2um）和重復(fù)定位精度（1um~2um）并可提高軸向剛度。
（6） 工作壽命長(zhǎng)，不易發(fā)生故障。
（7） 抗沖擊性能差。
數(shù)控機(jī)床，精密機(jī)床，測(cè)試機(jī)械，儀器的傳動(dòng)螺旋和調(diào)整螺旋，飛行器，船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)和傳力螺旋。
滾珠絲杠副不僅具有上述優(yōu)點(diǎn)以外還因?yàn)樗鬂L動(dòng)軸承一樣可作為配套元件模塊化生產(chǎn)因此其型號(hào)也比較繁多。
第一節(jié)滾珠絲杠副分析
早在19世紀(jì)末就發(fā)明了滾珠絲杠副，但很長(zhǎng)一段時(shí)間未能實(shí)際應(yīng)用，因制造難度太大。世界上第一個(gè)使用滾珠絲杠副的是美國(guó)通用汽車公司薩吉諾分廠，它將滾珠絲杠副用于汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上。1940年，美國(guó)開始成批生產(chǎn)用于汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠副，1943年，滾珠絲杠副開始用于飛機(jī)上。精密螺紋磨床的出現(xiàn)使?jié)L珠絲杠副在精度和性能上產(chǎn)生了較大的飛躍，隨著數(shù)控機(jī)床和各種自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展，促進(jìn)了滾珠絲杠副的研究和生產(chǎn)。從50年代開始，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，滾珠絲杠副生產(chǎn)廠家如雨后春筍般迅速出現(xiàn)，例如：美國(guó)的WARNER-BEAVER公司、GM－SAGINAW公司；英國(guó)的ROTAX公司；日本的NSK公司、TSUBAKI公司等。我國(guó)早在50年代末期開始研制用于程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠副。40多年來(lái)，由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航天、航空、核工業(yè)等領(lǐng)域。現(xiàn)在，滾珠絲杠副已成為機(jī)械傳動(dòng)與定位的首選部件。滾珠絲杠副的發(fā)展主要在以下幾方面。
1 滾珠絲杠副的種類
由于滾珠絲杠副的使用不斷普及，使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來(lái)越多，普通規(guī)格的滾珠絲杠副已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了使用要求，如航天航空領(lǐng)域、小型精密測(cè)試裝置、電子儀器以及半導(dǎo)體裝置等基本上都需要公稱直徑d0≤12mm，導(dǎo)程Ph=0.5～2.5 mm的微型滾珠絲杠副。日本NSK公司已開發(fā)出公稱直徑d0=4mm，導(dǎo)程Ph=0.5mm的世界最小導(dǎo)程微型滾珠絲杠副。半導(dǎo)體插件裝置、小型機(jī)器人等需要微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副，以滿足高速驅(qū)動(dòng)要求。本設(shè)計(jì)中滾珠絲杠的公稱直徑定為35mm。
隨著機(jī)械產(chǎn)品向高速、高效、自動(dòng)化方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控鍛壓機(jī)械、加工中心以及機(jī)電一體化自動(dòng)機(jī)械等，其進(jìn)給驅(qū)動(dòng)速度不斷提高，大導(dǎo)程滾珠絲杠副的出現(xiàn)，滿足了高速化的要求。日本NSK公司已開發(fā)出公稱直徑×導(dǎo)程為：15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm、25mm×80mm超大導(dǎo)程滾珠絲杠副，快速進(jìn)給速度達(dá)180m/min。
現(xiàn)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)上對(duì)滾珠絲杠副還沒(méi)有統(tǒng)一的分類，但各國(guó)一般是按以下原則進(jìn)行分類的，普通滾珠絲杠副一般指公稱直徑d0=16～100mm，導(dǎo)程Ph=4～20mm，螺旋升角φ＜9°。
微型滾珠絲杠副指公稱直徑d0≤12mm的滾珠絲杠副。對(duì)于導(dǎo)程Ph≤3mm的滾珠絲杠副稱為微型小導(dǎo)程滾珠絲杠副，螺旋升角φ＞9°的滾珠絲杠副稱為微型大導(dǎo)程滾珠絲杠副。
大導(dǎo)程滾珠絲杠副指公稱直徑d0≥16mm，螺旋升角17°≥φ＞9°或?qū)С蘢0≤Ph≤d0的滾珠絲杠副，對(duì)于螺旋升角φ＞17°稱為超大導(dǎo)程滾珠絲杠副。
重型滾珠絲杠副指公稱直徑d0≥125mm的滾珠絲杠副。
2 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)
滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)分為內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)(以圓形反向器和橢圓形反向器為代表)和外循環(huán)結(jié)構(gòu)(以插管為代表)兩種。這兩種結(jié)構(gòu)也是最常用的結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)性能沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，只是內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸??；外循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸大。滾動(dòng)螺旋副
滾珠
滾動(dòng)螺母
滾動(dòng)螺旋
螺旋
其他
間隙滾珠
負(fù)荷滾珠
螺母
滾珠循環(huán)裝置
密封元件
潤(rùn)滑元件
外殼
預(yù)緊元件
圖2-3 滾珠絲杠副組成框架
目前，滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)已有10多種，但比較常用的主要有(圖2，附表)：內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)；外循環(huán)結(jié)構(gòu)；端蓋結(jié)構(gòu)；蓋板結(jié)構(gòu)。
圖2-4 滾珠絲杠副主要結(jié)構(gòu)
內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)反向器的形狀有多種多樣，但是，常用的外形就是圓形和橢圓形。由于圓形滾珠反向通道較短，因此，在流暢性上不如橢圓形結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，最好的反向器結(jié)構(gòu)為橢圓形內(nèi)通道結(jié)構(gòu)，由于滾珠反向不通過(guò)絲杠齒頂，類似外循環(huán)結(jié)構(gòu)，因此，消除了絲杠齒頂?shù)菇钦`差給滾珠反向帶來(lái)的影響。但由于制造工藝較復(fù)雜，影響了這種結(jié)構(gòu)的推廣。
種 類
特 點(diǎn)
循環(huán)圈數(shù)
螺母
尺寸
圈數(shù)
列數(shù)
內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)
通過(guò)反向器組成滾珠循環(huán)回路，每一個(gè)反向器組成1圈滾珠鏈。因此承載小。適應(yīng)于微型滾珠絲杠副與普通滾珠絲杠副。
1
2列
以上
小
外循環(huán)結(jié)構(gòu)
通過(guò)插管組成滾珠循環(huán)回路，每一個(gè)插管至少1.5圈滾珠鏈，因此，承載大。適應(yīng)于小導(dǎo)程、一般導(dǎo)程、大導(dǎo)程與重型滾珠絲杠副。
1.5
以上
1列
以上
大
端蓋結(jié)構(gòu)
通過(guò)螺母兩端的端蓋組成滾珠循環(huán)回路，每個(gè)回路至少1圈滾珠鏈，承載大。適應(yīng)于多頭大導(dǎo)程、超大導(dǎo)程滾珠絲杠副。
1
以上
2列
以上
小
蓋板結(jié)構(gòu)
通過(guò)蓋板組成滾珠循環(huán)回路，每個(gè)螺母一個(gè)蓋板，每個(gè)蓋板組成至少1.5圈滾珠鏈。適應(yīng)于微型滾珠絲杠副。
1.5
以上
1
中
3 滾珠絲杠副精度
過(guò)去，為了獲得高的定位精度，主要通過(guò)提高滾珠絲杠副本身的精度來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，對(duì)滾珠絲杠的導(dǎo)程累積誤差要求很高，給滾珠絲杠副的制造帶來(lái)困難，使?jié)L珠絲杠副的生產(chǎn)成本加大。特別是高精度滾珠絲杠副，只有通過(guò)數(shù)控螺紋磨床或激光反饋螺紋磨床加工才能達(dá)到。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們掌握了數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)，因而，不需要很高精度的滾珠絲杠副，也能獲得高的定位精度。為了適應(yīng)數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)的要求，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO3408-3-1992以及部頒標(biāo)準(zhǔn)JB3162.2-92都對(duì)滾珠絲杠副的行程變動(dòng)量作了要求，如有效行程內(nèi)行程變動(dòng)量、任意300mm行程內(nèi)行程變動(dòng)量、2π弧度內(nèi)行程變動(dòng)量。其目的就是要控制滾珠絲杠副行程誤差的直線性，也即滾珠絲杠副行程誤差線性化。為數(shù)控誤差補(bǔ)償創(chuàng)造條件。
4 滾珠絲杠副性能
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)滾珠絲杠副的要求也越來(lái)越高，為了使機(jī)械產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運(yùn)行，這就要求滾珠絲杠副不但有高的精度，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)阻滯現(xiàn)象。滾珠絲杠副運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，主要取決于滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量，不同轉(zhuǎn)速下滾珠絲杠副的滾珠鏈運(yùn)動(dòng)的流暢性不同，因此，滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩也不相同。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO3408－3－1992以及部頒標(biāo)準(zhǔn)JB3162.2－92規(guī)定了在轉(zhuǎn)速為100r/min時(shí)，滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的允差。
由于存在加工誤差，如：滾珠絲杠中徑尺寸全長(zhǎng)不一致，絲杠、螺母的導(dǎo)程誤差，絲杠與螺母的滾道齒形誤差以及螺紋滾道的粗糙度等，使?jié)L珠絲杠副的動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩在絲杠螺紋全長(zhǎng)上是不恒定的，這直接影響驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性，因而也影響滾珠絲杠副的定位精度。因此，滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的大小是反映滾珠絲杠副性能好壞的重要指標(biāo)。
近幾年來(lái)，人們對(duì)滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩變動(dòng)量的大小開始重視起來(lái)，以前人們只重視滾珠絲杠副綜合行程誤差曲線，現(xiàn)在也開始重視滾珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的曲線。因?yàn)橛辛诉@兩條曲線，滾珠絲杠副的性能就能很好地反映出來(lái)。
為了滿足上述要求，北京機(jī)床研究所先后研制了滾珠絲杠副綜合行程誤差測(cè)量?jī)x和預(yù)緊轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x。應(yīng)用現(xiàn)代化的測(cè)量手段和高精度的傳感器，在測(cè)量過(guò)程中能實(shí)時(shí)顯示行程誤差曲線和預(yù)緊轉(zhuǎn)矩曲線，并打印出完整的測(cè)量報(bào)告，為衡量滾珠絲杠副的總成質(zhì)量，提供了可靠的檢測(cè)手段。
隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，“高速、高效”成為各廠家追求的目標(biāo)，對(duì)于高速驅(qū)動(dòng)與定位部件，國(guó)外已有直線電動(dòng)機(jī)問(wèn)世，開始用于加工中心，快速進(jìn)給速度達(dá)到160m/min以上，加速度達(dá)4g以上，向滾珠絲杠副提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。但由于直線電動(dòng)機(jī)存在價(jià)格昂貴、控制系統(tǒng)復(fù)雜、需采取措施解決磁鐵吸引金屬切屑、強(qiáng)磁對(duì)人身危害以及發(fā)熱等缺點(diǎn)，在近一段時(shí)間很難得到普及。滾珠絲杠副仍是現(xiàn)在高速驅(qū)動(dòng)的最優(yōu)先選擇，國(guó)外大部分高速加工中心仍使用滾珠絲杠副。為了達(dá)到高速驅(qū)動(dòng)目的，設(shè)計(jì)時(shí)在提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min)的同時(shí)，使用大導(dǎo)程滾珠絲杠副，導(dǎo)程可達(dá)32mm。如日本馬扎克公司在FF660機(jī)床上使用滾珠絲杠副，機(jī)床快速移動(dòng)速度達(dá)90m/min，加速度達(dá)1.5g。
從前，擔(dān)心大導(dǎo)程滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)對(duì)加工中心精度的影響，設(shè)計(jì)時(shí)取導(dǎo)程Ph≤10mm。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，從1999年日本國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上可看出，設(shè)計(jì)與研究現(xiàn)在大部分高速加工中心都使用大導(dǎo)程滾珠絲杠副。
滾珠絲杠副在高速驅(qū)動(dòng)時(shí)主要存在的問(wèn)題是：噪聲、溫升、精度。滾珠絲杠副噪聲產(chǎn)生的原因主要有：滾珠在循環(huán)回路中的流暢性、滾珠之間的碰撞、滾道的粗糙度、絲杠的彎曲等。滾珠絲杠副的溫升主要是由滾珠與絲杠、螺母、反向器之間的摩擦及滾珠之間的摩擦產(chǎn)生的。要解決上述問(wèn)題首先應(yīng)從滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開始，對(duì)存在的問(wèn)題采取措施；另一方面，從工藝上解決，通過(guò)合理的工藝流程，提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量；選取適當(dāng)?shù)臐L珠絲杠副預(yù)緊轉(zhuǎn)矩；減小滾珠絲杠副的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)量，使?jié)L珠絲杠副適應(yīng)高速驅(qū)動(dòng)的要求。
總之，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，用戶對(duì)滾珠絲杠副的要求越來(lái)越嚴(yán)，要求也多樣化，促使?jié)L珠絲杠生產(chǎn)廠不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量、開發(fā)新品種，以滿足用戶的需求。
第二節(jié)滾珠絲杠副的代號(hào)及編號(hào)規(guī)則
根據(jù)ZBJ51004-89《滾珠絲杠副參數(shù)》和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的有關(guān)文件標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)滾珠絲杠副的參數(shù)代號(hào)、特征代號(hào)及滾珠螺紋旋向代號(hào)做了如下規(guī)定：
一.代號(hào)
1.參數(shù)代號(hào)
表2-3參數(shù)代號(hào)
參數(shù)名稱
代號(hào)
參數(shù)名稱
代號(hào)
公稱直徑
d
螺母螺紋內(nèi)徑
D1
導(dǎo)程
p
螺母螺紋底徑
D2
基本導(dǎo)程
Ph
滾道圓弧偏心距
e
絲杠螺紋外徑
d1
絲杠滾道圓弧半徑
Rs
絲杠螺紋底徑
d2
螺母滾道圓弧半徑
Rn
螺紋全長(zhǎng)
l
滾珠直徑
Dw
接觸角
a
2.特征代號(hào)
特征代號(hào)包括循環(huán)方式代號(hào)、預(yù)緊代號(hào)、負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)代號(hào)、精度等級(jí)代號(hào)及螺紋旋向代號(hào)等，具體見下圖：
表格 1循環(huán)方式代號(hào) 表格2 預(yù)緊方式代號(hào)
循環(huán)方式
代號(hào)
F
預(yù)緊方式
代號(hào)
內(nèi)循環(huán)
浮動(dòng)返向器
單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊
B
單螺母增大鋼球直徑預(yù)緊
Z
固定反向器
G
CM
雙螺母墊片預(yù)緊
D
外循環(huán)
插管式
埋入
雙螺母齒差預(yù)緊
C
凸出
CT
雙螺母調(diào)整預(yù)緊
L
螺旋槽式
L
單螺母無(wú)預(yù)緊
W
表格3 負(fù)荷滾珠圈數(shù)代號(hào) 表格4 精度等級(jí)代號(hào) 表格5 螺紋旋向代號(hào)
負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)
代號(hào)
精度等級(jí)
代號(hào)
螺紋旋向
代號(hào)
1.5圈
1.5
1級(jí)精度
1
右旋
不標(biāo)
2圈
2
2級(jí)精度
2
左旋
LH
2.5圈
2.5
3級(jí)精度
3
3圈
3
4級(jí)精度
4
3.5圈
3.5
5級(jí)精度
5
4圈
4
7級(jí)精度
7
4.5圈
4.5
10級(jí)精度
10
5圈
5
（3）滾珠螺紋的代號(hào)
起代號(hào)用“GQ”表示，標(biāo)注在公稱直徑前如
GQ50×8-3
二，滾珠絲杠副的型號(hào)
滾珠絲杠副的型號(hào)按以下格式編寫：
標(biāo)記示例：CMD50-3.5-3表示為插管埋入式外循環(huán)（CM）雙螺母墊片預(yù)緊片預(yù)緊（D）的滾珠絲杠副負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)為3.5圈，精度等級(jí)為3級(jí)，螺旋方向?yàn)橛倚?
為了表示滾珠絲杠副的全長(zhǎng)和螺紋長(zhǎng)度，一般在滾珠絲杠副型號(hào)下用絲杠全長(zhǎng)×螺紋長(zhǎng)度表示：
CMD50-3.5-3/2200×1800表示絲杠的長(zhǎng)度為2200，螺紋長(zhǎng)度為1800。
第三章滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算
第一節(jié)滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn)
滾珠絲杠螺母副是一種低摩擦、高精度、高效率的機(jī)構(gòu)。滾珠絲杠螺母副其它特點(diǎn)如下：
1. 運(yùn)動(dòng)極靈敏，低速時(shí)不會(huì)出現(xiàn)爬行；
2. 可以完全消除間隙并可預(yù)緊，故有較高的軸向剛度，反向定位精度高；
3. 滾珠絲杠螺母副摩擦系數(shù)小，無(wú)自鎖，能實(shí)現(xiàn)可逆?zhèn)鲃?dòng)；
4. 滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式一般分外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，如圖7.3所示。
圖7.3 滾珠絲杠螺母副
????預(yù)緊是指它在過(guò)盈的條件下工作，把彈性變形量控制在最小限度。滾珠絲杠多采用雙螺母調(diào)隙結(jié)構(gòu)。用雙螺母加預(yù)緊力消除軸向間隙時(shí)，必須注意：預(yù)緊力不宜過(guò)大或過(guò)小，要特別減小絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙。
????雙螺母調(diào)隙結(jié)構(gòu)分為螺紋式、墊片式和齒差式等，如圖7.4所示。
a.螺紋式
b.墊片式
c.齒差式
圖7.4 雙螺母調(diào)隙結(jié)構(gòu)
滾珠絲杠的主要技術(shù)參數(shù)如圖7.5所示。
????1) 名義直徑D0
????滾珠絲杠的名義直徑D0是滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)，包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。它是滾珠絲杠螺母副的特征尺寸。名義直徑與承載能力有直接關(guān)系，D0越大，承載能力和剛度越大。
????2) 基本導(dǎo)程Ph
????導(dǎo)程是絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。導(dǎo)程的大小是根據(jù)機(jī)床的加工精度要求確定的。導(dǎo)程過(guò)小勢(shì)必使?jié)L珠直徑變小，滾珠絲杠螺母副的承載能力亦隨之減小。
????3) 滾珠直徑d0
????一般取d0=0.6Ph
????4) 滾珠的工作圈數(shù)j和工作滾珠總數(shù)N
????工作圈數(shù)j一般取2.5~3.5圈，而工作滾珠總數(shù)N以不大于150個(gè)為宜。
????5) 列數(shù)K
????要求工作圈數(shù)較多的場(chǎng)合，可采用雙列或多列式螺母的結(jié)構(gòu)形式。
圖7.5 滾珠絲杠的主要技術(shù)參數(shù)
????第二節(jié)滾珠絲杠副的標(biāo)注和精度選擇
滾珠絲杠螺母副按其使用范圍及要求分為7個(gè)精度等級(jí)。1級(jí)精度最高，其余依次逐級(jí)遞減。數(shù)控機(jī)床和精密機(jī)械可選用2、3級(jí)精度。本機(jī)床上則選用的是3級(jí)精度。
????第三節(jié)滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算
????1) 額定動(dòng)載荷和額定靜載荷
????額定動(dòng)載荷是指一批相同參數(shù)的滾珠絲杠螺母副，在n>=10r/min的相同工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)1000000轉(zhuǎn)后，90%的螺旋副(指螺紋滾道和滾動(dòng)體)不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕損傷所能承受的最大軸向載荷，定義為額定動(dòng)載荷Ca。
額定靜載荷是指把滾珠絲杠副在靜態(tài)或低轉(zhuǎn)速(n<=10r/min)條件下，受接觸應(yīng)力最大的滾珠和滾道接觸面間產(chǎn)生的塑性變形量之和達(dá)到滾珠直徑0.0001倍時(shí)的最大軸向載荷，定義為額定靜載荷Ca0。在本設(shè)中由于滾珠絲杠應(yīng)用在主要承受軸向力的電火花機(jī)床上，所以這些參數(shù)顯得由為重要。
????2) 滾珠絲杠副疲勞強(qiáng)度計(jì)算
滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)其額定動(dòng)載荷選用。滾珠絲杠的當(dāng)量動(dòng)載荷為：
Cm = Fm 3√L (N)
????式中
????Fm---軸向工作載荷(N)，當(dāng)載荷按單調(diào)式規(guī)律變化，各種轉(zhuǎn)速使用機(jī)會(huì)相同時(shí)Fm=(2Fmax+Fmin)/3；
????Fmax,Fmin---絲杠最大，最小軸向載荷(N)；
????L---工作壽命，以106轉(zhuǎn)為1單位，L = 60nT/106；
??? n---絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)；
????T---使用壽命(H)，對(duì)數(shù)控機(jī)床可取 T = 15000h。
第四節(jié)滾珠絲杠的支承
????滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，而徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。其兩端支承的配置情況分為一端固定一端自由、兩端固定和一端固定一端浮動(dòng)，如圖7.6所示。
圖7.6 滾珠絲杠的支承配置
a)一端固定一端自由 b)兩端固定 c)一端固定一端浮動(dòng)
????a)所示是一端固定一端自由的支承形式。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向剛度低，適用于短絲杠及垂直布置絲杠，一般用于數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)和升降臺(tái)式數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)軸。
????b)所示是一端固定一端浮動(dòng)的支承形式，絲杠軸向剛度與a)形式相同，絲杠受熱后有膨脹伸長(zhǎng)的余地，需保證螺母與兩支承同軸。這種形式的配置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，適用于較長(zhǎng)絲杠或臥式絲杠。
????c)所示是兩端固定的支承形式，絲杠的軸向剛度約為一端固定形式的4倍，可預(yù)拉伸，這樣既可對(duì)滾珠絲杠施加預(yù)緊力，又可使絲杠受熱變形得到補(bǔ)償，保持恒定預(yù)緊力，但結(jié)構(gòu)工藝都較復(fù)雜，適用于長(zhǎng)絲杠。
????滾珠絲杠所用軸承為接觸角為60度的角接觸球軸承和滾針-推力圓柱滾子組合軸承。
?第五節(jié)滾珠絲杠螺母副的選擇步驟
1. 計(jì)算最大的工作載荷；
2. 計(jì)算最大動(dòng)載荷，對(duì)于靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)的滾珠絲杠，需考慮最大靜載荷是否充分地超過(guò)了滾珠絲杠工作載荷；
3. 驗(yàn)算剛度；
4. 壓桿穩(wěn)定性核算。
第四章滾珠絲杠參數(shù)的分析與計(jì)算
第一節(jié)滾珠絲杠的選用方式
縱上所述滾珠絲杠的優(yōu)點(diǎn)很顯然是可以應(yīng)用在電火花機(jī)床主軸上的，正如圖（1-1）所示電火花機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)就是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為主軸的直線進(jìn)給與退出，在本設(shè)計(jì)中運(yùn)用的是插管埋入式外循環(huán)雙螺母螺紋預(yù)緊的滾珠絲杠，因?yàn)橥庋h(huán)具有：滾珠在滾道內(nèi)返回平滑，傳動(dòng)平穩(wěn)而且可運(yùn)用多列的方式在點(diǎn)火花機(jī)床上承受大的軸向力。對(duì)采用內(nèi)嵌式的是因?yàn)樵陔娀鸹C(jī)床主軸頭里機(jī)械設(shè)備非常復(fù)雜，所以用來(lái)放置各個(gè)機(jī)械零件的空間也就變得小了，在要得空間小、精度又要非常高的情況下只有采用外循環(huán)內(nèi)嵌式的滾珠絲杠了；采用螺紋預(yù)緊是因?yàn)槁菁y預(yù)緊具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓螺母將另一個(gè)螺母向外軸向位移，就相當(dāng)于拉預(yù)緊2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單滾道磨損時(shí)，可隨時(shí)調(diào)整，并且可人為的準(zhǔn)確調(diào)整。調(diào)整的距離可以理解為：
L=兩邊螺母的螺距×旋轉(zhuǎn)圈數(shù)
因此利用這種方式比較能方便地實(shí)現(xiàn)微量調(diào)節(jié)。
圖6-1本設(shè)計(jì)中滾珠絲杠的形狀
第二節(jié)滾珠絲杠支承的選用
鑒于本書中設(shè)計(jì)之滾珠絲杠主要用于承受軸向力，所以運(yùn)用一端固定一端浮動(dòng)的支承形式比較適合其特點(diǎn)是：1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單2.絲杠的軸向剛度比兩端固定低.3.適用于較短豎立的絲杠，絲杠在受熱后有膨脹伸長(zhǎng)的余地，需保證螺母與兩支承同軸。
圖6-2
如圖6-2.所示最上端軸肩通過(guò)聯(lián)軸器與主軸電機(jī)相聯(lián)，并且軸頭下面的軸肩里通過(guò)滾動(dòng)軸承與機(jī)床床身相接，并且螺桿的下端軸肩也是通過(guò)滾動(dòng)軸承與床身相接，所以在這里螺桿的長(zhǎng)度便成了主軸的行程，而螺母則浮動(dòng)在螺桿的外面其不通過(guò)固定裝置也與機(jī)床床身相接，但這種連接只是限制了它的徑轉(zhuǎn)動(dòng)，并沒(méi)有限制它的軸向移動(dòng)，這樣伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)從而轉(zhuǎn)化成了螺母的上下來(lái)回運(yùn)動(dòng)，而螺母又通過(guò)連接裝置與電極相連接這便成了一種電火花機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。
第三節(jié)本設(shè)計(jì)中絲杠參數(shù)的計(jì)算
1.額定壽命
滾珠絲杠副在可靠性為90%時(shí)的額定壽命計(jì)算公式為：
式中Lh表示為滾珠絲杠副在可靠性為90%的額定壽命（h）；Ca為額定軸向動(dòng)負(fù)荷（N），由產(chǎn)品樣本查得，F(xiàn)m為絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速（r/min）。
2.當(dāng)量負(fù)荷
在轉(zhuǎn)速變載荷的情況下，必須折算成當(dāng)量轉(zhuǎn)速和當(dāng)量負(fù)荷進(jìn)行壽命計(jì)算。考慮到本設(shè)計(jì)中機(jī)床并沒(méi)有變動(dòng)的軸向載荷所以使用轉(zhuǎn)速變動(dòng)而載荷不變時(shí)，當(dāng)量轉(zhuǎn)速所占的時(shí)間比進(jìn)行折合。 方程式如下：
式中：Nm為當(dāng)量轉(zhuǎn)速（r/min）;為轉(zhuǎn)速所占的時(shí)間百分比。
3.滾珠絲杠副動(dòng)負(fù)荷的計(jì)算：
式中：Fn 為滾珠絲杠副的軸向載荷（N）；為滾珠絲杠副的計(jì)算動(dòng)載荷（N）Kh為壽命系數(shù)。各類滾珠絲杠在機(jī)械上的推薦壽命；
機(jī)械主要類別
壽命Lh/h
機(jī)械主要類別
壽命Lh/h
數(shù)控機(jī)床精密機(jī)床
15000
自動(dòng)控制系統(tǒng)
15000
普通機(jī)床/組合機(jī)床
10000
測(cè)量系統(tǒng)
15000
工程機(jī)械
5000-10000
航空機(jī)械
1000-2000
所以在本設(shè)計(jì)中推薦壽命為L(zhǎng)h/h=15000
4.滾珠絲杠副的臨界壓力
對(duì)一端固定受壓的滾珠絲杠壓應(yīng)進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算計(jì)算方式如下：
帶入得：
式中E為材料的彈性模量，本設(shè)計(jì)中材料為合金鋼取其E=
5. 絲杠在拉壓載荷作用下的剛度變形及彈性變形
本設(shè)計(jì)中一端固定一端浮動(dòng)的滾珠絲杠副在軸向載荷Fa作用下的彈性位移和剛度分為螺母致軸向固定處的距離a的函數(shù)
軸在兩端時(shí)a=0或a=L =0，螺母在中點(diǎn)位置時(shí)，a=L/2,。
設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的質(zhì)量為M=500kg,工件最大質(zhì)量為m=200kg，工作臺(tái)最大工作行程L=`500mm。工作臺(tái)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)為=0.06絲杠為一端固定一端浮動(dòng)，所以在其兩端用兩個(gè)背靠背的60度接觸角推力角接觸球軸承進(jìn)行預(yù)拉伸。
絲杠在機(jī)床上的設(shè)計(jì)基本參數(shù)校合：
序號(hào)
計(jì)算項(xiàng)目
符 號(hào)
單 位
計(jì)算依據(jù)
（方程式）
計(jì)算結(jié)果
1
絲杠載荷導(dǎo)軌摩擦力
N
420
2
電機(jī)最大轉(zhuǎn)速
絲杠最大轉(zhuǎn)速（快移）
r/mm
1500
1000
3
絲杠導(dǎo)程
Ph
mm
工作臺(tái)最大速度
10
4
絲杠工作行程
mm
=工作臺(tái)的最大行程-螺母寬度=500-172
328
5
支撐距離
mm
支撐距離應(yīng)大于
400
6
預(yù)拉伸計(jì)算
（溫度引起的伸長(zhǎng)量）
設(shè)升溫為3.5度則有
40
總結(jié)及鳴謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我定的題目看似簡(jiǎn)單但是到了實(shí)際操作的時(shí)候我才知道了它的難度，連在網(wǎng)上找這樣的參考資料都很少見，所以有很多地方都是我自己的新嘗試。同時(shí)我也覺得自己在機(jī)械上所學(xué)的知識(shí)實(shí)在是太少了，特別是在最后機(jī)械效驗(yàn)部分顯得尤為突出，今后我將著手畫更多的精力于我的專業(yè)上面。
再次感謝您耐心地把這本書讀完，書上不佳的地方懇請(qǐng)?zhí)岢雠u(píng)并指正。同時(shí)也感謝我的設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師和我的實(shí)習(xí)企業(yè)，他們?yōu)槲姨峁┝吮容^有價(jià)值的參考書籍和參考實(shí)物。
參考文獻(xiàn)
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電火花加工技術(shù) 趙萬(wàn)生主編 哈爾濱工業(yè)出版社
數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南 文懷興主編 化學(xué)工業(yè)出版社
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