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電火花機床主傳動部分（滾珠絲杠副） XX學院 畢 業(yè) 設 計 設計題目：電火花機械體設計 （主軸滾珠絲杠） 系 別：機械學院數(shù)控系 專 業(yè)：數(shù)控技術(shù) 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 完成時間： 目　　錄 緒論……………………………………………………………………….………….02 第一章機床的形狀分析及型號.………………………………………..…..….03—05 第一節(jié).機床的形狀分析………………………………………………….............03 第二節(jié)機床的型號…………………………………………………………...........04 第二章電火花機床主運動傳動部件………………………………………………..06 第一節(jié)滾珠絲杠副分析………………………………………………………..07 第二節(jié)滾珠絲杠副的代號及編號規(guī)則………………………………………..14 第三章滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)的計算………………………………………...……...16 第一節(jié)滾珠絲杠副螺母副的特點…..................................................................16 第二節(jié)滾珠絲杠的標準和精度選擇…………………………………………..20 第三節(jié)滾珠絲杠螺母副的設計計算………………………………………..…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)本設計中絲杠參數(shù)的校驗………...…………………………………...26 總結(jié)及鳴謝………………………………………………..…………………………29 參考文獻…………………………………………….……………………………….29 緒 論 電火花加工技術(shù)（EDM）是一種把電能用來轉(zhuǎn)換成熱能來加工的一種新技術(shù)，它是靠熱能來融化工件從而使工件得到有效的尺寸從而與傳統(tǒng)的機械加工技術(shù)有了本質(zhì)的區(qū)別，在加工精度上有著無法比擬的差距。 本書主要介紹電火花機床主軸頭里零件的設計等，但主軸頭里滾珠絲杠將是本書的要點，從滾珠絲杠的設計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的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為電極的直線運動，所以對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)能給讀者帶來實質(zhì)上的幫助。 由于編者水平有限，書中難免有不足之處，懇請讀者批評指正。 編者 于 二零零八年三月 第一章機床的形狀分析及型號 第一節(jié).機床的形狀分析; 如圖1-1所示為最常見的電火花穿孔機,它包括主機、電源箱、工作液循環(huán)系統(tǒng)、如果采用液壓伺副服系統(tǒng)，則應該還包括液壓系統(tǒng)，共四大部分組成.但兼于本設計趨向于機械傳動所以本書只在于表達滾珠絲杠傳動部分. 主機用于支撐工具電極和工件間相對的位置,并實現(xiàn)電極在加工過程中穩(wěn)定的進給運動.主機主要由床身、立柱、主軸頭、工作臺及潤滑系統(tǒng)組成.電源箱包括脈沖電源,自動控制系統(tǒng)和其他電氣控制系統(tǒng)組成 電火花機床是靠帶電電極與工件間通過一定的間隙(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,所以放電的間隙對工件加工的精度有著絕對的影響,而這方面主要取決于主軸頭里滾珠絲杠的精度. 第二節(jié)機床的型號 本節(jié)主要介紹電火花機床的型號及選用方法; 我國早期生產(chǎn)的電火花機床主要采用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床既可以用來做穿孔加工也可以用來做成型加工故1985年起國家機械部把電火花機床定名為D71系列,具體型號表示方法如下: D(電火花加工機床)71(穿孔成型加工機床)32(工作臺寬度) 表（1.1）電火花穿孔加工機床主參數(shù)標準 工作臺 臺面 寬度B /mm 200 250 320 400 500 630 800 1000 長度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)在國內(nèi)外主要電火花穿孔成型機床的型號往往會加上本廠的廠名及其他代號，每個廠的型號都不是統(tǒng)一的，在細節(jié)上因廠而異但是主體上是相差不遠的，只是在主標準的前后添上各自的廠標。 第二章電火花機床主運動傳動部件 滾珠絲杠在電火花機床中是把伺服電機轉(zhuǎn)化成電極軸的直線運動所以一個電火花機床的性能指標很大程度上依賴與主軸伺服電機相連接的滾珠絲杠的精度。（見CAD圖2-1）39 滾珠螺旋的特點及應用場合圖（2-2）如下； 特點 應用場合 （1） 摩擦阻力小，傳遞效率高（η>90%） （2） 結(jié)構(gòu)復雜制造困難 （3） 具有運動可逆性，可回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)為直線運動也可直線運動轉(zhuǎn)為回轉(zhuǎn)運動。 （4） 運動平穩(wěn)啟動后無顫動。低速時無爬行。 （5） 螺母與螺桿經(jīng)頂緊可達到很高的定位精度（1um~2um）和重復定位精度（1um~2um）并可提高軸向剛度。 （6） 工作壽命長，不易發(fā)生故障。 （7） 抗沖擊性能差。 數(shù)控機床，精密機床，測試機械，儀器的傳動螺旋和調(diào)整螺旋，飛行器，船舶自動控制系統(tǒng)和傳力螺旋。 滾珠絲杠副不僅具有上述優(yōu)點以外還因為它象滾動軸承一樣可作為配套元件模塊化生產(chǎn)因此其型號也比較繁多。 第一節(jié)滾珠絲杠副分析 　　早在19世紀末就發(fā)明了滾珠絲杠副，但很長一段時間未能實際應用，因制造難度太大。世界上第一個使用滾珠絲杠副的是美國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)向機構(gòu)上。1940年，美國開始成批生產(chǎn)用于汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的滾珠絲杠副，1943年，滾珠絲杠副開始用于飛機上。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)控機床和各種自動化設備的發(fā)展，促進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)達的國家中，滾珠絲杠副生產(chǎn)廠家如雨后春筍般迅速出現(xiàn)，例如：美國的WARNER-BEAVER公司、GM－SAGINAW公司；英國的ROTAX公司；日本的NSK公司、TSUBAKI公司等。我國早在50年代末期開始研制用于程控機床、數(shù)控機床的滾珠絲杠副。40多年來，由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點，被廣泛應用于機械、航天、航空、核工業(yè)等領(lǐng)域?，F(xiàn)在，滾珠絲杠副已成為機械傳動與定位的首選部件。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)域不斷擴大，對滾珠絲杠副的要求也越來越多，普通規(guī)格的滾珠絲杠副已遠遠滿足不了使用要求，如航天航空領(lǐng)域、小型精密測試裝置、電子儀器以及半導體裝置等基本上都需要公稱直徑d0≤12mm，導程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，導程Ph=0.5mm的世界最小導程微型滾珠絲杠副。半導體插件裝置、小型機器人等需要微型大導程滾珠絲杠副，以滿足高速驅(qū)動要求。本設計中滾珠絲杠的公稱直徑定為35mm。 隨著機械產(chǎn)品向高速、高效、自動化方向發(fā)展，工業(yè)機器人、數(shù)控鍛壓機械、加工中心以及機電一體化自動機械等，其進給驅(qū)動速度不斷提高，大導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×導程為：15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm、25mm×80mm超大導程滾珠絲杠副，快速進給速度達180m/min。 　　現(xiàn)國內(nèi)外文獻上對滾珠絲杠副還沒有統(tǒng)一的分類，但各國一般是按以下原則進行分類的，普通滾珠絲杠副一般指公稱直徑d0=16～100mm，導程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。對于導程Ph≤3mm的滾珠絲杠副稱為微型小導程滾珠絲杠副，螺旋升角φ＞9°的滾珠絲杠副稱為微型大導程滾珠絲杠副。 　　大導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，對于螺旋升角φ＞17°稱為超大導程滾珠絲杠副。 　　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)性能沒有本質(zhì)區(qū)別，只是內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸?。煌庋h(huán)結(jié)構(gòu)安裝連接尺寸大。滾動螺旋副 滾珠 滾動螺母 滾動螺旋 螺旋 其他 間隙滾珠 負荷滾珠 螺母 滾珠循環(huán)裝置 密封元件 潤滑元件 外殼 預緊元件 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`差給滾珠反向帶來的影響。但由于制造工藝較復雜，影響了這種結(jié)構(gòu)的推廣。 種　類 特　　　　　點 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) 通過反向器組成滾珠循環(huán)回路，每一個反向器組成1圈滾珠鏈。因此承載小。適應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) 通過插管組成滾珠循環(huán)回路，每一個插管至少1.5圈滾珠鏈，因此，承載大。適應于小導程、一般導程、大導程與重型滾珠絲杠副。 1.5 以上 1列 以上 大 端蓋結(jié)構(gòu) 通過螺母兩端的端蓋組成滾珠循環(huán)回路，每個回路至少1圈滾珠鏈，承載大。適應于多頭大導程、超大導程滾珠絲杠副。 1 以上 2列 以上 小 蓋板結(jié)構(gòu) 通過蓋板組成滾珠循環(huán)回路，每個螺母一個蓋板，每個蓋板組成至少1.5圈滾珠鏈。適應于微型滾珠絲杠副。 1.5 以上 1 中 3　滾珠絲杠副精度 　　過去，為了獲得高的定位精度，主要通過提高滾珠絲杠副本身的精度來實現(xiàn)，因此，對滾珠絲杠的導程累積誤差要求很高，給滾珠絲杠副的制造帶來困難，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，只有通過數(shù)控螺紋磨床或激光反饋螺紋磨床加工才能達到。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們掌握了數(shù)控補償技術(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。為了適應數(shù)控補償技術(shù)的要求，國際標準ISO3408-3-1992以及部頒標準JB3162.2-92都對滾珠絲杠副的行程變動量作了要求，如有效行程內(nèi)行程變動量、任意300mm行程內(nèi)行程變動量、2π弧度內(nèi)行程變動量。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)控誤差補償創(chuàng)造條件。 4　滾珠絲杠副性能 　　隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對滾珠絲杠副的要求也越來越高，為了使機械產(chǎn)品能實現(xiàn)高的定位精度且能平穩(wěn)運行，這就要求滾珠絲杠副不但有高的精度，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象。滾珠絲杠副運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，主要取決于滾珠絲杠副預緊轉(zhuǎn)矩的變動量，不同轉(zhuǎn)速下滾珠絲杠副的滾珠鏈運動的流暢性不同，因此，滾珠絲杠副的預緊轉(zhuǎn)矩也不相同。國際標準ISO3408－3－1992以及部頒標準JB3162.2－92規(guī)定了在轉(zhuǎn)速為100r/min時，滾珠絲杠副預緊轉(zhuǎn)矩的允差。 　　由于存在加工誤差，如：滾珠絲杠中徑尺寸全長不一致，絲杠、螺母的導程誤差，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珠絲杠副的動態(tài)預緊轉(zhuǎn)矩在絲杠螺紋全長上是不恒定的，這直接影響驅(qū)動系統(tǒng)的平穩(wěn)性，因而也影響滾珠絲杠副的定位精度。因此，滾珠絲杠副預緊轉(zhuǎn)矩變動量的大小是反映滾珠絲杠副性能好壞的重要指標。 　　近幾年來，人們對滾珠絲杠副的預緊轉(zhuǎn)矩變動量的大小開始重視起來，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緊轉(zhuǎn)矩的曲線。因為有了這兩條曲線，滾珠絲杠副的性能就能很好地反映出來。 　　為了滿足上述要求，北京機床研究所先后研制了滾珠絲杠副綜合行程誤差測量儀和預緊轉(zhuǎn)矩測量儀。應用現(xiàn)代化的測量手段和高精度的傳感器，在測量過程中能實時顯示行程誤差曲線和預緊轉(zhuǎn)矩曲線，并打印出完整的測量報告，為衡量滾珠絲杠副的總成質(zhì)量，提供了可靠的檢測手段。 　　隨著數(shù)控機床的發(fā)展，“高速、高效”成為各廠家追求的目標，對于高速驅(qū)動與定位部件，國外已有直線電動機問世，開始用于加工中心，快速進給速度達到160m/min以上，加速度達4g以上，向滾珠絲杠副提出嚴峻的挑戰(zhàn)。但由于直線電動機存在價格昂貴、控制系統(tǒng)復雜、需采取措施解決磁鐵吸引金屬切屑、強磁對人身危害以及發(fā)熱等缺點，在近一段時間很難得到普及。滾珠絲杠副仍是現(xiàn)在高速驅(qū)動的最優(yōu)先選擇，國外大部分高速加工中心仍使用滾珠絲杠副。為了達到高速驅(qū)動目的，設計時在提高電動機轉(zhuǎn)速(電動機最高轉(zhuǎn)速可達4000r/min)的同時，使用大導程滾珠絲杠副，導程可達32mm。如日本馬扎克公司在FF660機床上使用滾珠絲杠副，機床快速移動速度達90m/min，加速度達1.5g。 　　從前，擔心大導程滾珠絲杠副驅(qū)動對加工中心精度的影響，設計時取導程Ph≤10mm。隨著科學技術(shù)的進步，從1999年日本國際機床展覽會上可看出，設計與研究現(xiàn)在大部分高速加工中心都使用大導程滾珠絲杠副。 　　滾珠絲杠副在高速驅(qū)動時主要存在的問題是：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。要解決上述問題首先應從滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)設計開始，對存在的問題采取措施；另一方面，從工藝上解決，通過合理的工藝流程，提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量；選取適當?shù)臐L珠絲杠副預緊轉(zhuǎn)矩；減小滾珠絲杠副的預緊轉(zhuǎn)矩的變動量，使?jié)L珠絲杠副適應高速驅(qū)動的要求。 　　總之，隨著社會的不斷發(fā)展，用戶對滾珠絲杠副的要求越來越嚴，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)滾珠絲杠副的代號及編號規(guī)則 根據(jù)ZBJ51004-89《滾珠絲杠副參數(shù)》和國際標準化組織（ISO）的有關(guān)文件標準，對滾珠絲杠副的參數(shù)代號、特征代號及滾珠螺紋旋向代號做了如下規(guī)定： 一.代號 1.參數(shù)代號 表2-3參數(shù)代號 參數(shù)名稱 代號 參數(shù)名稱 代號 公稱直徑 d 螺母螺紋內(nèi)徑 D1 導程 p 螺母螺紋底徑 D2 基本導程 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 l 滾珠直徑 Dw 接觸角 a 2.特征代號 特征代號包括循環(huán)方式代號、預緊代號、負荷滾珠總?cè)?shù)代號、精度等級代號及螺紋旋向代號等，具體見下圖： 表格 1循環(huán)方式代號 表格2 預緊方式代號 循環(huán)方式 代號 F 預緊方式 代號 內(nèi)循環(huán) 浮動返向器 單螺母變位導程預緊 B 單螺母增大鋼球直徑預緊 Z 固定反向器 G CM 雙螺母墊片預緊 D 外循環(huán) 插管式 埋入 雙螺母齒差預緊 C 凸出 CT 雙螺母調(diào)整預緊 L 螺旋槽式 L 單螺母無預緊 W 表格3 負荷滾珠圈數(shù)代號 表格4 精度等級代號 表格5 螺紋旋向代號 負荷滾珠總?cè)?shù) 代號 精度等級 代號 螺紋旋向 代號 1.5圈 1.5 1級精度 1 右旋 不標 2圈 2 2級精度 2 左旋 LH 2.5圈 2.5 3級精度 3 3圈 3 4級精度 4 3.5圈 3.5 5級精度 5 4圈 4 7級精度 7 4.5圈 4.5 10級精度 10 5圈 5 （3）滾珠螺紋的代號 起代號用“GQ”表示，標注在公稱直徑前如 GQ50×8-3 二，滾珠絲杠副的型號 滾珠絲杠副的型號按以下格式編寫： 標記示例：CMD50-3.5-3表示為插管埋入式外循環(huán)（CM）雙螺母墊片預緊片預緊（D）的滾珠絲杠副負荷滾珠總?cè)?shù)為3.5圈，精度等級為3級，螺旋方向為右旋。 為了表示滾珠絲杠副的全長和螺紋長度，一般在滾珠絲杠副型號下用絲杠全長×螺紋長度表示： CMD50-3.5-3/2200×1800表示絲杠的長度為2200，螺紋長度為1800。 第三章滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)的計算 第一節(jié)滾珠絲杠螺母副的特點 滾珠絲杠螺母副是一種低摩擦、高精度、高效率的機構(gòu)。滾珠絲杠螺母副其它特點如下： 1. 運動極靈敏，低速時不會出現(xiàn)爬行； 2. 可以完全消除間隙并可預緊，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，無自鎖，能實現(xiàn)可逆?zhèn)鲃樱? 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 ????預緊是指它在過盈的條件下工作，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)。用雙螺母加預緊力消除軸向間隙時，必須注意：預緊力不宜過大或過小，要特別減小絲杠安裝部分和驅(qū)動部分的間隙。 ????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，包絡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) 基本導程Ph ????導程是絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)一圈時，螺母上基準點的軸向位移。導程的大小是根據(jù)機床的加工精度要求確定的。導程過小勢必使?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個為宜。 ????5) 列數(shù)K ????要求工作圈數(shù)較多的場合，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個精度等級。1級精度最高，其余依次逐級遞減。數(shù)控機床和精密機械可選用2、3級精度。本機床上則選用的是3級精度。 ????第三節(jié)滾珠絲杠螺母副的設計計算 ????1) 額定動載荷和額定靜載荷 ????額定動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轉(zhuǎn)1000000轉(zhuǎn)后，90%的螺旋副(指螺紋滾道和滾動體)不發(fā)生疲勞點蝕損傷所能承受的最大軸向載荷，定義為額定動載荷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到滾珠直徑0.0001倍時的最大軸向載荷，定義為額定靜載荷Ca0。在本設中由于滾珠絲杠應用在主要承受軸向力的電火花機床上，所以這些參數(shù)顯得由為重要。 ????2) 滾珠絲杠副疲勞強度計算 滾珠絲杠應根據(jù)其額定動載荷選用。滾珠絲杠的當量動載荷為： Cm = Fm 3√L (N) ????式中 ????Fm---軸向工作載荷(N)，當載荷按單調(diào)式規(guī)律變化，各種轉(zhuǎn)速使用機會相同時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)，對數(shù)控機床可取 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，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 ????a)所示是一端固定一端自由的支承形式。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，軸向剛度低，適用于短絲杠及垂直布置絲杠，一般用于數(shù)控機床的調(diào)整環(huán)節(jié)和升降臺式數(shù)控銑床的垂直坐標軸。 ????b)所示是一端固定一端浮動的支承形式，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)較復雜，工藝較困難，適用于較長絲杠或臥式絲杠。 ????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，可預拉伸，這樣既可對滾珠絲杠施加預緊力，又可使絲杠受熱變形得到補償，保持恒定預緊力，但結(jié)構(gòu)工藝都較復雜，適用于長絲杠。 ????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. 計算最大的工作載荷； 2. 計算最大動載荷，對于靜態(tài)或低速運轉(zhuǎn)的滾珠絲杠，需考慮最大靜載荷是否充分地超過了滾珠絲杠工作載荷； 3. 驗算剛度； 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)點很顯然是可以應用在電火花機床主軸上的，正如圖（1-1）所示電火花機床的主運動就是電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為主軸的直線進給與退出，在本設計中運用的是插管埋入式外循環(huán)雙螺母螺紋預緊的滾珠絲杠，因為外循環(huán)具有：滾珠在滾道內(nèi)返回平滑，傳動平穩(wěn)而且可運用多列的方式在點火花機床上承受大的軸向力。對采用內(nèi)嵌式的是因為在電火花機床主軸頭里機械設備非常復雜，所以用來放置各個機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；采用螺紋預緊是因為螺紋預緊具有以下優(yōu)點：1.通過旋轉(zhuǎn)圓螺母將另一個螺母向外軸向位移，就相當于拉預緊2.結(jié)構(gòu)簡單滾道磨損時，可隨時調(diào)整，并且可人為的準確調(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現(xiàn)微量調(diào)節(jié)。 圖6-1本設計中滾珠絲杠的形狀 第二節(jié)滾珠絲杠支承的選用 鑒于本書中設計之滾珠絲杠主要用于承受軸向力，所以運用一端固定一端浮動的支承形式比較適合其特點是：1.結(jié)構(gòu)簡單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聯(lián)軸器與主軸電機相聯(lián)，并且軸頭下面的軸肩里通過滾動軸承與機床床身相接，并且螺桿的下端軸肩也是通過滾動軸承與床身相接，所以在這里螺桿的長度便成了主軸的行程，而螺母則浮動在螺桿的外面其不通過固定裝置也與機床床身相接，但這種連接只是限制了它的徑轉(zhuǎn)動，并沒有限制它的軸向移動，這樣伺服電機的正反轉(zhuǎn)帶動螺桿的轉(zhuǎn)動從而轉(zhuǎn)化成了螺母的上下來回運動，而螺母又通過連接裝置與電極相連接這便成了一種電火花機床的傳動系統(tǒng)。 第三節(jié)本設計中絲杠參數(shù)的計算 1.額定壽命 滾珠絲杠副在可靠性為90%時的額定壽命計算公式為： 式中Lh表示為滾珠絲杠副在可靠性為90%的額定壽命（h）；Ca為額定軸向動負荷（N），由產(chǎn)品樣本查得，F(xiàn)m為絲杠的當量轉(zhuǎn)速（r/min）。 2.當量負荷 在轉(zhuǎn)速變載荷的情況下，必須折算成當量轉(zhuǎn)速和當量負荷進行壽命計算?？紤]到本設計中機床并沒有變動的軸向載荷所以使用轉(zhuǎn)速變動而載荷不變時，當量轉(zhuǎn)速所占的時間比進行折合。 方程式如下： 式中：Nm為當量轉(zhuǎn)速（r/min）;為轉(zhuǎn)速所占的時間百分比。 3.滾珠絲杠副動負荷的計算： 式中：Fn 為滾珠絲杠副的軸向載荷（N）；為滾珠絲杠副的計算動載荷（N）Kh為壽命系數(shù)。各類滾珠絲杠在機械上的推薦壽命； 機械主要類別 壽命Lh/h 機械主要類別 壽命Lh/h 數(shù)控機床精密機床 15000 自動控制系統(tǒng) 15000 普通機床/組合機床 10000 測量系統(tǒng) 15000 工程機械 5000-10000 航空機械 1000-2000 所以在本設計中推薦壽命為Lh/h=15000 4.滾珠絲杠副的臨界壓力 對一端固定受壓的滾珠絲杠壓應進行壓桿穩(wěn)定性驗算計算方式如下： 帶入得： 式中E為材料的彈性模量，本設計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 本設計中一端固定一端浮動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a=0或a=L =0，螺母在中點位置時，a=L/2,。 設計中工作臺的質(zhì)量為M=500kg,工件最大質(zhì)量為m=200kg，工作臺最大工作行程L=`500mm。工作臺導軌摩擦系數(shù)為=0.06絲杠為一端固定一端浮動，所以在其兩端用兩個背靠背的60度接觸角推力角接觸球軸承進行預拉伸。 絲杠在機床上的設計基本參數(shù)校合： 序號 計算項目 符 號 單 位 計算依據(jù) （方程式） 計算結(jié)果 1 絲杠載荷導軌摩擦力 N 420 2 電機最大轉(zhuǎn)速 絲杠最大轉(zhuǎn)速（快移） r/mm 1500 1000 3 絲杠導程 Ph mm 工作臺最大速度 10 4 絲杠工作行程 mm =工作臺的最大行程-螺母寬度=500-172 328 5 支撐距離 mm 支撐距離應大于 400 6 預拉伸計算 （溫度引起的伸長量） 設升溫為3.5度則有 40 總結(jié)及鳴謝 這次畢業(yè)設計我定的題目看似簡單但是到了實際操作的時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。同時我也覺得自己在機械上所學的知識實在是太少了，特別是在最后機械效驗部分顯得尤為突出，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?zhí)岢雠u并指正。同時也感謝我的設計指導老師和我的實習企業(yè)，他們?yōu)槲姨峁┝吮容^有價值的參考書籍和參考實物。 參考文獻 數(shù)控電火花加工 單巖、夏天主編 哈爾濱工業(yè)出版社 電火花加工技術(shù) 趙萬生主編 哈爾濱工業(yè)出版社 數(shù)控機床設計實踐指南 文懷興主編 化學工業(yè)出版社 機械基礎 倪森濤 無錫職業(yè)技術(shù)學院 三菱電火花機床說明書 綠點高新科技 Page 31 of 32