滚珠丝杠副的选型计算与应用2

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滚珠丝杠副的选型计算与应用246
滚珠丝杠副的选型计算与应用
南京工艺装备制造有限公司 ( 江苏 240001) 黄育全
在数控机床的设计中，为了满足数控机床高进
给速度 高定位精度 高平稳性和快速响应的要求，
必须合理选择滚珠丝杠副 滚珠丝杠的选择主要包
括精度 尺寸规格 ( 包括导程与公程直径) 承载能
力 支承方式等几个方面的内容 除此之外，还应
对其进行必要的校核计算，如对细长而又承受压缩
载荷的滚珠丝杠应作压杆稳定性核算; 对转速较高，
支承距离大的滚珠丝杠副应作临界转速校核; 对精
度要求高的滚珠丝杠应作刚度校核等
1. 滚珠丝杠副的导程 Ph 的确定
计算公式为
Ph
vmax
inmax
式中，vmax为机床工作台最快进给速度 ( mm/min) ;
nmax为驱动电动机最高转速 ( r /min) ; i n丝 /n电
在满足控制系统分辨率要求的前提下，-般 Ph
取与之相近较大的圆整值
当电动机与滚珠丝杠副直联时 i 1，即
Ph
vmax
nmax
2. 精度选择
滚珠丝杠的精度直接影响数控机床的定位精度，
在滚珠丝杠精度参数中，其导程精度误差对机床定位
精度影响最明显 -般在初步设计时设定丝杠的任
意300mm 行程变动量 V300p应小于目标设定的 300mm
定位精度值的1 /3 ～ 1 /2，在最后精度验算中确定
3. 滚珠丝杠副的载荷及转速计算
工作载荷 F 是指数控机床工作时，实际作用在
滚珠丝杠上的轴向作用力，其数值可用下列进给作
用力的试验公式计算:
对于燕尾形导轨机床
F kFx f ( Fz
2Fy W) ( 1)
对于矩形导轨机床
F kFx f ( Fz
Fy W) ( 2)
对于三角形或组合导轨机床
F kFx f ( Fz
W) ( 3)
对于钻镗主轴圆导轨机床
F Fx 2fMdz
( 4)
对于滚动导轨机床
F Fx f ( Fz
W) Fr
( 5)
式中，Fx Fy Fz
分别为 x y z 方向上的切削分力
( N) ; Fr
为密封阻力 ( N) ; W 为移动部件的重量
( N) ; M 为主轴上的转矩 ( N m) ; dz
为主轴直径
( mm)
摩擦系数如表1 所示
表1 摩擦系数
导轨型式 k f f
燕尾形 1. 4 0. 2
矩形 1. 1 0. 15
三角形 组合形 1. 15 0. 15 ～ 0. 18
钻镗主轴圆导轨 0. 15
滚动导轨 0. 003 ～ 0. 004
其中，f 为导轨摩擦系数; f 为轴套和轴架以及主轴
的键的摩擦系数; k 为考虑颠覆力矩影响的实验系
数 正常情况下，k f 与 f 可取表1 中的数值
最小载荷 Fmin为数控机床空载时作用于滚珠丝杠
的轴向载荷 机床空载时滚珠丝杠副的传动力主要
是工作台重量引起的摩擦力 此时，Fx Fy Fz
0
最大载荷Fmax为机床承受最大切削力时作用于滚
珠丝杠的轴向载荷，如机床切削时，切削力在滚珠
丝杠轴向的分力与导轨摩擦力之和 ( 这时导轨摩擦
力是由工作台 工件 夹具三者总的重量以及切削
力在垂直导轨方向的分量共同引起)
滚珠丝杠副的当量转速 nm及当量载荷 Fm: 滚珠
丝杠副在 n1 n2 nn，各种转速下，各转速工作时