丝杠参数设计

1、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。本文将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-21.5-刖言随着国内机床行业的快速发展，大家对丝杠的使用负载、速度、精度寿命要求越来越高，因 此对于丝杠的设计者来说，丝杠的负荷问题、热变形问题、定位精度问题、使用寿命问题等 都要有一个清楚的认识。1、HDL50三坐标加工单元对丝杠负荷的具体要求2007年10月，大连机床集团加工中心所自行研制开发HDL50三坐标加工单元，其对丝杠 有着严格的技术要求，要求其快移速度v=54m/

2、min，加速度为a=0.5g，动载荷,C=58200N，静载荷158000N，螺距P=20mm （由FANUC伺服电机a30/3000i决定），行程ST=800mm，采用一端固定另一端支持的安装方式。其结构如图1：1、旋紧螺母2、法兰盘3、轴承4、承载重物5、端盖6、电机支座7、轴承座8、轴承压盖9、丝杠10、丝杠螺母11、法兰盘12、轴承13、联轴器14、电机图11.1轴向负荷的计算1.1.1 （水平往复运动）螺母及承载重物水平的往复运动，如图2,其轴向负荷分析如下：向左等加速运动：Fa1=pxmg+f+ma向左等速运动：Fa2=pxmg+f向左等减速运动：Fa3=pxmg+f-ma向右等加

3、速运动：Fa4=-pxmg-f-ma向右等速运动：Fa5=-pxmg-f向右等减速运动：Fa6=-pxmg-f+maa=Vmax/TVmax：为最高速度T：达到最高速度所用时间m：总质量，指螺母带动的所有物重队导轨摩擦系数f:无负荷时的阻力图2由此可得向左等加速运动或向右等加速运动时螺母的载荷最大，因此在设计轴向载荷时应该主要参考此数值。Fa1=|jxmg+f+ma=0.01x2150 x9.8+100+2150 x0.5x9.8=10845.7N1.1.2 (垂直往复运动)，如图3,其轴向负荷分析如下:上升等加速运动：Fa1=pxmg+f+m(a+g)上升等速运动：Fa2=pxmg+f+mg

4、上升等减速运动：Fa3=pxmg+f+m(g-a)下降等加速运动：Fa4=m(g-a)-pxmg-f下降等速运动：Fa5=mg-pxmg-f下降等减速运动：Fa6=m(g+a)- pxmg-f由此可得上升等加速运动时螺母的载荷最大，因此在设计轴向载荷时应该主要参考此数值。Fa1=pxmg+f+m(a+g)= 0.01x328x9.8+100+328x1.5x9.8=4953N1.2丝杠轴容许轴向负荷因工作台、主轴箱、工件等自重，对丝杠本身产生的压缩负荷，所以必须验算对丝杠挫屈的 安全性。如下公式分析:a:安全系数(取a=0.5)E:弹性系数I：丝杠轴牙底直径(I=ndr4/640N/MM2)

5、dr:丝杠轴牙底直径(dr=丝杠节圆直径-钢珠直径mm)L：安装间距(丝杠两端安装的相对距离)m、N:依据丝杠安装的方式而定的系数支持-支持m=5.1(N=1)固定-支持m=10.2(N=2)固定-固定m=20.3(N=4)固定-自由 m=1.3(N=1/4)10XxlON)=i85glON1.3基本静额定负荷Co即丝杠轴向静止的负荷，是丝杠承受丝杠沟槽与钢珠接触点(即螺母与丝杠轴)的永久变形 量和钢珠本身的永久变形量的总和达到钢珠直径的0.01%时的最大的轴向力，此负荷即为 基本静额定负荷。1.4基本动额定负荷Ca动负荷是指一批相同规格的丝杠以相同条件转10次，其中90%的丝杠不会因为疲劳而

6、产生 剥离现象。此轴向负荷为动额定负荷。2、HDL50三坐标加工单元丝杠定位精度在机床进给精度的误差中，导程精度、进给系统的刚性是研究的重点，其他像因温升产生的 热变形和导引面的组装精度等因素也须加以考虑。丝杠轴因热而伸长变形，会导致定位精度的变化。热变形的多少可以由下列公式计算：V L=pxBxL其中 VL矿热变形筮八热膨胀系数6：楚杠制的平刻温升 L：丝杠的全长上式可以解释为1000mm长的丝杠在每升1 C就会有产生12Mm的伸长量。因此即使丝杠 轴的导程经过高精度的加工，也会因温升产生的变形而无法满足高精度的定位要求。另外丝 杠的运转速度越高，则平均温升也相对提高，热变形也就越大。因此必

7、须想出办法解决此问 题，如下有三种解决的方案：控制发热量：a：选择适当的预压力。b：选择正确且适量的润滑剂。c：加大滚珠丝杠的导程、降低转数。施加强制冷却a：采用中空丝杠，利用冷却液通入，将产生的热量带走。b：丝杠轴外缘以润滑油或空气冷却。(3)避免温升的影响:a：求出累积导程误差的目标值取负值补正。b：待机床高速运转温升后，再使用。c：丝杠安装时施加预拉力。d：使用光栅尺进行误差补偿；采用闭环控制系统。2.2HDLSO丝杠热变形的具体计算根据轴承的负荷能力，累计导程的目标温升3Ca：热变形量VLff L淳l?x 101276-0.046 3囱b；预拭力标E x汇2,1 * 10七蔑 k (35 3.5F4 x 12763、丝杠的寿命丝杠在正常使用状态下，在经过一段时间后会因为各种原因恶化而无法使用，这段时间就是 它的寿命。一般分为两种：a.疲劳寿命：即发生剥离现象时。b.精度寿命：因磨损而使精度恶化时。疲劳寿命有三种表达形式:a：总回转数b：总运转时间c：总行程L=（京二 jxl伊 Lr = 一A-= mFa x Jw 160 xw * 10fl长的寿命会使选择的丝杠的尺寸太大，造成不经济的结果，因此大部分都会选择在10000 小时到20000小时。4、结束语：本文举例简要叙述了滚珠丝杠在机床设计时，应该注意的