XK714型立式数控铣床立柱设计1.doc

1、毕业设计（论文）题 目： xk714型立式数控铣床 立柱设计 系 别： 机械工程系 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 唐满宾 职 称： 高级工程师 二一一 年 六月 二 日摘要本文是以xk714型立式数控铣床立柱的设计为研究对象，主要进行立柱传动系统的设计。根据给定参数的要求,对进给传动结构和各部件：导轨、丝杠、支撑轴承、驱动电动机进行具体计算、并选型，再逐一对选定的部件进行强度、寿命校核确定各设计部件的可靠性和可行性。导轨采用直线滚动导轨, 摩擦系数小，反应速度快，动态响应好。进给传动采用双螺母滚珠丝杠，确保高定位精度；同时滚珠丝杠采用预拉伸装置，补偿热膨胀。最后通过对机械传动的误

2、差计算与分析从理论上确定所设计的各部件符合设计要求。利用autocad绘制出立柱部分总装配图和关键零件图。关键词： 立式数控铣床； 动态分析 ； 导轨 ；丝杠 ；校核abstractthis paper is based on xk714 vertical cnc milling machine stand column for the design study, the main stage of the system design. according to the requirements set parameters to drive right into some of the va

3、rious components: guide, screw, supporting bearings, motor-driven specific terms, and selection, individually selected components of strength, check to determine the life of the reliability design. using linear rolling guide rail, friction coefficient is small, fast response, good dynamic response.

4、feed double nut ball screw drive to ensure high positioning accuracy; ball screws with pre-stretching device, remunerate thermal expansion. finally, the mechanical transmission error calculation and theoretical analysis to determine the design of the various components meet design requirements. use

5、of the autocad draw column key part of the assembly drawing and part drawings.key words: vertical cnc milling machine ; dynamic analysis ; guides ; screws ; check analysis目录引言·····················

6、;·········································11 绪论········

7、··················································

8、·21.1 我国数控机床的发展现状·····································21.2 我国数控机床的发展趋势······

9、3;······························21.3 数控机床的发展策略·················&#

10、183;························31.4 设计题目及设计要求·······················

11、···················31.5 论文的最终完成成果····························

12、3;············42 数控铣床立柱部分总体方案设计思路·······························52.1 机床机构方案的确定·&

13、#183;·······································52.2 控制方式的确定········&

14、#183;····································52.3 z 轴进给伺服系统的定··········

15、83;····························53 进给传动部件的设计···················

16、83;·························63.1 导轨的设计·······················

17、;··························63.1.1 导轨概述······················

18、·························63.1.2 直线运动导轨副基本截面形状的分类·····················&

19、#183;·73.1.3 直线滚动导轨的选型·····································73.2 滚珠丝杠的设计······

20、83;······································93.2.1 滚珠丝杠螺母副概述·········

21、;····························93.2.2 滚珠丝杆螺母副工作原理···················

22、;··············93.2.3 滚珠丝杠螺母副的循环方式······························103.2.4 滚珠丝杠间隙与调

23、整····································113.2.5 滚珠丝杠的选定原则···········

24、·························133.2.6 滚珠丝杠螺母副支撑方式的选择以及轴承的选择············133.3 电机的选择······&#

25、183;········································183.3.1 电机概述·······&#

26、183;······································183.3.2 交流、直流电机的调速原理········

27、······················193.3.3 交流和直流伺服电机性能比较························

28、83;···213.4 联轴器选择············································

29、3;··243.5 机床z向传动系统精度的提高措施····························253.5.1 导轨的定位安装·············

30、3;·························253.5.2 导轨和滚珠丝杠的定位调整·····················&#

31、183;·······253.5.3 螺母的预紧········································&

32、#183;··263.5.4 行程开关的安装·······································273.5.5 轴承的预紧···

33、83;······································ 283.5.6 丝杠预紧·········&#

34、183;···································29小结·············

35、3;···········································314 z 向进给传动部件的设计与校核···

36、83;······························324.1 技术要求··················

37、;·································324.2 主切削力及其切削分力计算··············

38、;····················324.3 直线滚动导轨的选型与计算···························

39、;·······344.4 滚珠丝杠的设计计算········································35

40、4.4.1 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力························354.4.2 滚珠丝杠的动负荷计算与直径估算··················

41、3;·····354.4.3 滚珠丝杠螺母副的承载能力校荷··························404.4.4 确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号··········

42、83;·····434.5 机械传动系统的刚度计算····································454.5.1 机械传动系统抗拉刚度计算··&#

43、183;···························454.5.2 滚珠丝杠螺母副扭转刚度计算···················

44、;·········474.6 驱动电机的选型与计算······································4

45、74.7 联轴器的选型··············································534.8 机械传动系统的

46、动态分析····································554.9 机械传动系统的误差计算与分析··········

47、····················564.10 滚珠丝杠精度等级和规格型号的确定··························5

48、7小结·················································

49、83;·······585 立柱的结构尺寸设计········································&#

50、183;···575.1 立柱材料的确定············································5

51、95.2 立柱过渡壁结构（立柱截面）的确定··························605.3 立柱形体尺寸的确定··················

52、······················605.4 立柱壁厚的确定··························

53、;··················615.5 立柱加强肋设计·····························

54、3;··············625.6 支架外壁上的孔对刚度的影响································65

55、小结·················································

56、3;·······666 其他零件的设计与选型········································&#

57、183;·676.1 机床导轨防护罩的确定·······································676.2 行程开关的选择····

58、83;·······································686.3 槽板和撞块设计········&#

59、183;···································69小结·············

60、3;··········································70总结·······

61、··················································

62、····71致谢·············································&#

63、183;···············73参考文献·································&#

64、183;·······················74引言信息化带动工业化，实现社会生产力的跨越式发展，将在一定程度上取决于数控机床的技术进步。它代表着装备工业的技术水平和现代化程度。而装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和简短（如信息技术及其产业、生物技术、及其产业、航空航天等国防工业产业）的使

65、能技术和重要装备。数控技术又是当今先进制造技术和装备的最核心技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力，此外在当今世界上各工业发达国家还将数控技术几数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高、精、尖”数控关键技术和装备技术方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。我国数控机床的主要进口源是日本、韩国和我国的台湾地区，进口数控机床的主要品种多为立式数控铣床。从平均单价可知，其中绝大部分的技术档次属

66、于廉价实用的普及型产品，我国能够制造，并且在机床性能和技术水平上完全可以满足要求。但是，近10年以来我国数控铣床的市场份额却始终很小。这种特殊局面目前仍然存在并有上升之趋势，应引起我们的重视。立式数控铣床由于其主轴轴线与工作台面垂直，适用于平面复杂零件的加工，是多年来我国众多的机械加工和模具制造企业急需的重要设备之一。也是进入新世纪以来，进口量最大的数控机床品种。数控机床立柱是实现主轴z方向进给运动的重要部件,其结构设计及其控制实现是数控机床设计制造中的关键之一。本次设计课题是xk714型立式数控铣床立柱（主要包括导轨、丝杠的结构设计）,根据xk714型立式数控铣床的特点要求,进行立柱结构的设

67、计。本设计的原则是以数控技术的应用为主，兼顾理论分析，力求所设计的产品具有实用性。本书内容在设计过程中得到了唐满宾老师的大力支持和耐心的指导，同时也得到同学以及朋友们的热心帮助，在此表示衷心的感谢。由于本人水平有限，设计书中难免有不少缺点和错误，恳请各位老师批评指正。 编者2011年6月1 绪论11我国数控机床的发展现状国内一些专家在对我国数控机床产业的发展进行了分析，得出了如下的结论：一是我国数控机床产业化低，与国外发达国家数控机床产业相比仍有很大差距。二是高速、柔性、精密机床配套技术的自主研发能力低。数控机床的机械结构设计、制造的配套环节、集成技术和制造工艺等方面比较落后。 三是适应市场经

68、济需求的以企业为主体、产学研相结合的技术创新体系尚未形成，无法有效整合相关技术、产业和资源优势，形成合力开展联合攻关，共同打造技术创新平台。四是缺乏吸引高层次、高素质人才创新创业的环境，造成数控机床领域共性关键技术的持续创新能力不足。五是对国外技术重引进、轻消化吸收的问题仍很突出。1.2 我国数控机床的发展趋势目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展。 1.高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。2.多功

69、能化配有自动换刀机构(刀库容量可达100把以上)的各类数控铣床，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。3.智能化现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。4.数控编程自动化随着计算机应用技术的发展，目前cadcam图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用cad绘制的零件加工图样，再经计算机

70、内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成nc零件加工程序，以实现cad与cam的集成。5.可靠性最大化数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。6.控制系统小型化数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。7. “五轴联动数控”是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。1.3 数控机床的发展策略从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业

71、综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。 强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。 在高精尖装备研

72、发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。 在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。1.4 设计题目及设计要求1机床特征（1）、机器整体结构采用十字滑座式结构设计，通过结构分析、整体规划与设计，使其结构稳定、刚性高，精度稳定性好。（2）、各大铸件皆采用高级铸铁铸造，均需经过完全退火处理，消除残留内应力。（3）、导轨采用直线滚动导轨设计，摩擦系数小，反应速度快，动态响应好。（4）、进给传动采用双螺母滚珠丝杠，确保高定位精度

73、。（5）、三轴皆采用预拉伸装置，以防止丝杠因热胀冷缩所产生的误差。2机械规格（1）、工作台长度×宽度： 1000×400 mm（2）、x轴行程： 850 mm（3）、y轴行程： 450 mm（4）、z轴行程： 550 mm（5）、主轴鼻端至工作台面最小距离： 100 mm（6）、工作台最大承重： 500 kg（7）、t型槽（槽数*槽宽*节数）： 4×14×80 mm（8）、主轴锥度： 7:24 mm（9）、主轴转速： 506000 rpm（10）、主轴传动方式： 皮带传动（11）、轴承润滑方式： 润滑脂（12）、主轴马达功率： 5.5/7.5（30min

74、） kw（13）、三轴快速进给： 20 m/min（14）、刀柄型式： bt40（15）、导轨形式： 直线导轨（16）、导轨防护罩： 伸缩式导轨防护罩该课题分为床身、立柱、工作台、主轴箱、4个子课题，根据名单序号分配题目。1.5 论文的最终完成成果完成对我国数控机床的发展现状、趋势的了解；完成机械系统动态分析；xk714型立式数控铣床的导轨的设计，丝杠系统的设计，轴承的选型，驱动电动机的选型及各部件的结构的原理及安装方式设计方案及设计思想，并完成相对应的图纸。2 数控铣床立柱部分总体方案设计思路21 机床机构方案的确定根据铣床的特点和设计要求，需设计的机床运动分配式如下：w / x、y

75、3;z、c/ t图2-1 传动机构的机构简图十字工作台式，工作台纵横向移动，铣头上下移动，立柱内部空间用于安放平衡锤，平衡主轴箱75%的重量，以减少轴向滚珠丝杆所受拉力。22 控制方式的确定数控系统按运动方式分为点位控制系统、直线控制系统、轮廓控制系统。本设计的xk714立式数控铣床相对刀具运动时进行任何切削，所以选用轮廓控制系统。其特点是能同时控制两个以上的轴，具有插补功能。23 z轴进给伺服系统的确定立柱上的z轴进给系统可以设计为开环、半闭环和闭环伺服系统三种。开环伺服系统采用步进电机驱动, 系统没有检测装置; 半闭环伺服系统中一般采用交流或直流伺服电机驱动, 并在电机输出轴安装脉冲编码器

76、, 将速度反馈信号传给控制单元; 闭环伺服系统也是采用交流或直流伺服电机驱动, 位置检测装置安装在工作台末端, 将位置反馈信号传给控制单元。闭环和半闭环伺服系统价格昂贵，结构复杂，同时其可控分辨率也很高。选用半闭环伺服系统、用交流伺服电机驱动，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/ 速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。3 进给传动部件的设计3.1

77、 导轨的设计3.1.1 导轨概述导轨主要用来支撑和引导运动部件沿一定的轨道运动。如图3-1导轨外形图在导轨副中，运动的一方称为支承导轨。动导轨相对与支承导轨运动，通常作直线运动和回转运动。导轨应满足的基本要求：（a）导向精度 导向精度主要是指动导轨沿支承导轨运动的直线度或圆度。影响它的因素有：导轨的几何精度、接触精度、结构形式、刚度、热变形、装配质量以及液体动压和静压导轨 的油膜厚度、油膜刚度等。 图3-1 导轨外形图（b）耐磨性 是指导轨在长期使用过程中能否保持一定的导向精度。因导轨在工作过程中难免有所磨损，所以应力求减小磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。（c）疲劳和压溃 导轨面由于过

78、载或接触应力不均勾而使导轨表面产生弹性变形，反复运行多次后就会形成疲劳点，呈塑性变形，表面形成龟裂、剥落而出现凹坑，这种现象就是压溃。疲劳和压溃是滚动导轨失效的主要原因，为此应控制滚动导轨承受的最大载荷和受载的均匀性。（d）刚度 导轨受力变形会影响导轨的导向精度及部件之间的相对位置，因此要求导轨应有足够的刚度。为减轻或平衡外力的影响，可采用加大导轨尺寸或添加辅助导轨的方法提高刚度。（e）低速运动平稳性 低速运动时，作为运动部件的动导轨易产生爬行现象。低速运动的平稳性与导轨的结构和润滑，动、静摩擦系数的差值，以及导轨的刚度等有关。（f）结构工艺性 设计导轨时，要注意制造、调整和维修的方便，力求结

79、构简单，工艺性及经济性好。3.1.2 直线运动导轨副的基本截面形状分类：（见表3-1）表3-1直线运动导轨副的基本截面形状分类1）矩形导轨矩形导轨易加工制造，刚度和承载能力大，安装调整方便，起主要导向作用的磨损后不能自动补偿间隙，需要有间隙调整装置。它使用于载荷大且导向精度要求不高的机床。2）三角导轨磨损后可以自动补偿，不产生间隙，导向精度高，但仍需设置压板面间隙调整装置。三角形顶角夹角为，若重型机床承受载荷大时，为增大承载面积，夹角可取,但导向精度差。精密机床可以采用小于的夹角，以提高导向精度。3）燕尾形导轨这是封闭式导轨中接触面最少的一种结构，磨损后不能自动补偿间隙，需要用镶条调整。燕尾形

80、导轨制造、检验和维修较复杂，摩擦阻力大，可以承载颠覆力矩，刚度较差。4）圆柱形导轨这种导轨刚度高，易制造，外径可磨削，内孔可以用研磨达到精密配合，但磨损后间隙调整困难。它适用形式取决于轴向载荷的场合，如压力机，机械手等。3.1.3 直线滚动导轨的选型图3-2 导轨内部结构图1） 机构与优点直线滚动导轨副、滑块、刚球、反向器、保持架、密封端盖及挡板组成的，如图3-2导轨内部结构图和图3-3滚动导轨截面图所示。当导轨与滑块做相对运动时，钢球就沿着导轨上的滚道滚动。在滑块的端部，钢球又通过反向装置进入反向孔后再进入导轨上的滚道。钢球就这样周而复始地进行滚动运动。反向器两端装有防尘密封端盖，可以有效防

81、止灰尘、屑末进入滑块内部。直线滚动导轨具有以下优点：（1） 直线滚动导轨是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低了两者之间的运动摩擦阻力，从而可获得以下的优异性能： 导轨的动、静摩擦系数差别小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有效提高了数控系统的响应速度和灵敏度；滑动功率大大下降，只相当普通机械的1/10 ； 与滑动导轨子导轨相比，摩擦力可下降约40倍；适用于高速直线运动，运动速度比滑动导轨提高约10倍；可以实现较高的定位精度和重复定位精度。（2） 可以实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。（3） 成对使用导轨时，具有“误差均化效应”，

82、从而可以降低基础件（滑轨安装面）的加工精度要求，降低基础部件的机械制造成本与难度。（4） 简化了机械结构的设计和制造。滚动直线导轨除了具有以上优点外，还具有安装和维修都比较方便的优点。由于它是一个独立的部件，对机床支撑部件部分的技术要求不高，既不需要淬硬也不需要磨削或刮研只需要精铣或精刨。由于这种导轨可以预紧，因而比滚动体不循环的滚动导轨刚度高，承载能力大，但不如滑动导轨，抗振动和冲击载荷的机床不宜使用直线滚动导轨副。图3-4 导轨安装结构示意图由于滚动直线导轨具有以上优点，因此数控机床的导轨选型为直线滚动导轨，从平稳和承载方面思考导轨副采用每根导轨两个滑块。3.2 滚珠丝杠的设计3.2.1

83、滚珠丝杠螺母副概述滚珠丝杠螺母副是数控机床的进给传动系统中，将回转运动与直线运动相互转换的传动装置。3.2.2 滚珠丝杠螺母副工作原理1）滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动装置，其结构如图3-5滚珠丝杠的结构图及外形图所示。在丝杠3和螺母1上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠的回路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来，构成封闭的螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠2。当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母（或滚珠丝杠）轴向移动。1-螺母；2-滚珠；3-丝杠；4-滚珠回路装置；5-端盖图3-5 滚珠丝杠的结构图及外形图2

84、）滚珠丝杠螺母副的特点（1）传动效率高，摩擦损失小。（2）给予适当预紧，可以消除丝杠和螺母之间的螺纹间隙，反向时就可以消除空载死区。从而使丝杠的定位精度高，刚度好。 （3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。 （4）具有可逆性，既可以从转动运动转换成直线运动，也可以直线运动转换成旋转运动 。（5）磨损损失小，使用寿命长。（6）制造工艺复杂。（加工精度、表面粗糙度、要求高，故成本高）（7）不能自锁。（特别是对于垂直安装的丝杠，由于其自重和惯性力的作用，下降时当传动切断后，不能立即停止运动，故需要增加制动装置。）3.2.3 滚珠丝杠螺母副的循环方式（1）外循环（如图3-6）：用回珠器将螺旋滚道的两端

85、连接起来，使返回的滚珠与丝杠外圆不接触。回珠器在螺旋滚道的两端还能起到挡珠的作用。优点：结构简单，容易制造，应用广泛。缺点：丝杠螺母径向尺寸较大，因用回珠器的弯管端部作挡珠器，故刚性差，易磨损，噪音大。（2）内循环（如图3-7）： 采用反向器将滚珠返回，返回的滚珠经过反向器的滚道和丝杠的外圆之间组成的滚道返回。 优点：螺母径向尺寸小，结构紧凑。同时，反向器在螺母中的定位可靠，刚性好，不易磨损。由于返回滚道短，不易发生滚珠堵塞。 缺点：结构复杂，制造困难。3.2.4 滚珠丝杠间隙与调整滚珠丝杠的间隙 间隙是指丝杠与螺母之间无相对转动时丝杠与螺母间的最大轴向窜动量，是轴向间隙。该间隙是由两部分组成

86、：一是结构本身存在的游隙。二是施加轴向载荷后产生弹性变形所造成的轴向窜动量。滚珠丝杠的预紧预紧的目的是通过预紧措施来消除滚珠丝杠螺母副的轴向间隙，以达到提向轴向刚度和传动精度的目的。预紧的条件是采用双螺母，预紧方式有三种：第一种：双螺母螺纹调隙结构（如图3-8所示） 用键限制丝杠螺母在螺母座(套筒)内转动。调整时，首先松开锁紧螺母，转动圆螺母，使左丝杠螺母沿轴向向左移动一定距离，即可先把丝杠与左丝杠螺母间的间隙消除。然后左丝杠螺母带动丝杠继续向左移动,即可将丝杠右螺母与丝杠间的间隙消除。滚珠受压而产生一定的弹性变形，从而增大滚珠与丝杠、滚珠与丝杠螺母之间的接触面积，从而达到提高刚度并预紧的目的

87、。最后将锁紧螺母拧紧。第二种：双螺母垫片调隙结构（如3-9图所示）图3-9 双螺母垫片调隙示意图通过调整垫片的厚度来使左右两个丝杠螺母产生轴向位移，即可达到消除间隙的目的并进行预紧。调整时，通过修磨垫片的厚度，将左螺母通过螺钉把在螺母座上。使左螺母相对丝杠向右移动，即可消除左螺母与丝杠的间隙。该间隙消除后，继续旋转螺钉使左螺母与丝杠一起继续向右移动，此时，右螺母相对丝杠左移，即可消除右螺母与丝杠的间隙。第三种：双螺母齿差式调隙结构（如3-10图所示）结构上，在两个丝杠螺母的凸缘上各制成有一个圆柱齿轮，两个齿轮的齿数只相差一个齿，即z2z1=1，再制作两个内齿圈，其齿数与外齿数分别相同，并用螺钉

88、和销子固定在螺母座的两端。调整时，先将内齿圈取下，根据间隙的大小调整两个丝杠螺母同向相对丝杠转动了一个齿或多个齿。使两个丝杠螺母在轴向移动了相应的距离，则使两丝杠螺母在轴向靠近。从而达到消除间隙，并预紧的目的。三种调隙方法比较：双螺母螺纹调隙法、双螺母垫片调隙法，结构简单，调整方便，但调整精度低。双螺母齿差式调隙法，结构复杂，但调整精度高。三种调隙方法的实质：都是设法使两个丝杠螺母在丝杠轴上产生轴向相对移动，使两个丝杠螺母之间的轴向距离发生变化，从而消除丝杠与螺母之间的间隙。3.2.5 滚珠丝杠的选定原则选择滚珠丝杠的原则：根据滚珠丝杠的定位精度来选择滚珠丝杠的精度。根据载荷的大小来选定丝杠的

89、直径。对丝杠的扭转刚度、压曲刚度、临界转速与工作寿命进行必要的验算。（1）机床定位精度要求与滚珠丝杠的丝杠精度机床定位精度该精度反映了数控机床的制造精度要求，是标准规定的。一般来讲，影响机床定位精度的主要因素有：进给传动链的间隙；滚珠丝杠支承系统的轴向刚度；滚珠丝杠自身的精度，如：螺距误差、热伸长等。 滚珠丝杠自身的精度主要是指滚珠丝杠的螺距误差和热伸长。它们对机床定位精度的影响最明显。螺距误差是在滚珠丝杠制造中产生的误差。为了减小螺距误差，在设计时应尽提高滚珠丝杠的精度等级。一般来讲，滚珠丝杠的精度等级可以分为4级： p普通级，适用于普通机床。 b标准级，适用于一般数控机床。 j精密级，用于

90、精密机床、普通数控机床、数控铣床。 c超精密级，用于精密机床、精密数控机床、精密数控铣床。 热伸长滚珠丝杠在运转过程中，不可避免的要产生热伸长。它将直接影响机床的定位精度。因此，选择滚珠丝杠的精度时，要使滚珠丝杠的精度与机床的定位精度要求相适应。选择滚珠丝杠的预拉伸支承方式来消除滚珠丝杠因热变形引起的定位误差。3.2.6 滚珠丝杠螺母副支撑方式的选择以及轴承的选择为了满足数控机床各进给系统高精度、高刚度的要求，除了应该采用高精度、高刚度的滚珠丝杠螺母副外，还必须充分重视支承的谁。应注意选用轴向刚度高，摩擦力矩小，运转精度的轴承，同时选用合适的支承方式，并保证支承座有足够的刚度。图3-11 双螺

91、母滚珠丝杠结构图1）滚珠丝杠螺母副支承方式的选择支承的作用是用来限制两端固定轴向转动，其支承方式有三种，如下表所示。因为设计的机床为立式数控铣床，由于z向进给传动系统是精度要求较高的系统其支撑方式要保证其精度，为了使设计的数控机床达到预定的精度要求，滚珠丝杠为垂直安装的。由下表所示各种支撑结构形式特点可以看出：一端固定一端自由的方式由于其刚度低，压杆及临界稳定性较低，适用于较短和竖直的丝杠。但是本设计中设计参数的行程为550，行程较长，故如采用此方式支撑刚度得不到保证，故不采用。 对于一端固定一端游动的支撑方式，同样因为刚度低，压杆及临界稳定性较低，故不采用。 对于两端固定的支撑方式，由于丝杠

92、的轴向刚度丝杠一般不会受压，无压杆稳定问题，固有频率高，适用于对刚度和位移精度要求高的场合等特性，适合本设计要求，故选用两端固定的支撑方式。表2-3 滚珠丝杠支承结构形式特点及应用支持形式简图支承方式系数特点及应用一端固定一端自由（f-o）0.251.8751、结构简单2、丝杠的轴向刚度比两端固定低3、丝杠的压杆稳定性和临界转速都较低4、设计时尽量使丝杠受拉伸5、适用于较短和竖直的丝杠一端固定一端游动（f-s）2.03.9271、需保持螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难2、丝杠的轴向刚度和f-o相同3、压杆稳定和临界转速比同长度的f-o型高4、丝杠有热膨胀的余地5、适用于较长的卧室安

93、装丝杠两端固定（f-f）4.004.7301、只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度为一端固定的4倍2、丝杠一般不会受压，无压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高3、可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杠自重的下垂和补偿热膨胀，但需一套预拉伸机构，结构及工艺都比较复杂4、需进行预拉伸，其目标行程应小于公称行程，减少量等于拉伸量5、适用于对刚度和位移精度要求高的场合注：核算压杆稳定性的支承距离；核算临界转速的支承距离。表2-3出处现代实用机床设计手册上册，944页表3-7-462）所用轴承的选择由于所用到的滚珠丝杠轴承承受载荷主要是轴向载荷，径向除丝杠的自重外，还有主轴箱的颠覆力矩，一般无外载荷。因此，对滚珠丝杠

94、轴承的要求是轴向和径向的精度、刚度都要高。另外，丝杠转速一般不会很高，因此发热不是主要问题。数控机床进给系统要求运动灵活，对微小的位移要响应灵敏。因此所用轴承的摩擦力矩要尽量低。滚珠死杠所用轴承的类型根据滚珠丝杠螺母副支撑方式的不同而不同。各种滚动轴承特点比较如下表2-4：表2-4 丝杠常用支承常用轴承特点及应用滚动轴承类型轴向刚度轴承安装预载调整摩擦力矩应用60°接触角推力角接触球轴承大简单不需要小应用广泛刚度要求变动场合双向推力角接触球轴承中简单不需要小轴向刚度要求高的场合圆锥滚子轴承小简单内圈间有隔套时需调整大轴向刚度要求不高的场合滚针和推力滚子组合轴承特大简单不需要特大用于大

95、牵引力高刚度的大型，重型机床深沟球轴承和推力轴承组合大复杂麻烦小应用较少注：表2-4出处现代实用机床设计手册上册，945页表3-7-47。由于z向进给系统主要承受轴向力，为了保证其高速、高精度可靠性，及经济因素。对比之下，选用接触角推力角接触球轴承。该轴承是与滚珠丝杆配套的专用轴承，其主要特点：接触角大，保持架用增强尼龙注塑成型，可容纳较多的钢球，因此轴向承载能力大，刚度高。既能承受轴向载荷，又能承受径向载荷，故支撑结构可简化；根据载荷情况，轴承可以进行各种组合；这种轴承是根据规定的预紧力组陪好成组供应的，用户不需要自己调整；启动摩擦力矩小，可以降低滚珠丝杠副的驱动功率，提高进给系统的灵敏度。（2）组配方式的选择背靠背组配（db方式）：这种组配方式的受力作用线向外侧发散，所以轴承间的有效支点距离增大。这种组配方式可以承受双向的轴向载荷和径向载荷，并且有较大的承受倾斜力矩的能力。面对面组配（df方式）：这种组配方式受力作用线向内侧收敛，所以轴承间的有效支点距离缩小。这种组配方式也可以承受双向载荷和径向载荷，但承受倾斜力矩的能力较差，并会较多地降低极限转速，一般适用于需要精密调心的场合。串联组