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摘要：本文論述了數(shù)控機(jī)床進(jìn)給用滾珠絲杠的選擇與計(jì)算方法。滾珠絲杠作為當(dāng)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給的主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以其長壽命、高剛度、高效率、高靈敏度、無間隙等顯著特點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用，成為各類數(shù)控機(jī)床的重要配套部件，并已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和商品化。為了滿足數(shù)控機(jī)床高進(jìn)給速度、高定位精度、高平穩(wěn)性和快速響應(yīng)的要求，必須合理選擇滾珠絲杠副，并進(jìn)行必要的校核計(jì)算。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；滾珠絲杠；選擇計(jì)算
1滾珠絲杠副的載荷計(jì)算
(1) 工作載荷F
工作載荷F是指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向作用力，其數(shù)值可用下列進(jìn)給作用力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算：
對于燕尾形導(dǎo)軌機(jī)床
F=kFx+f'(Fz+2Fy+W)(1)
對于矩形導(dǎo)軌機(jī)床
F=kFx+f'(Fz+Fy+W)(2)
對于三角形或組合導(dǎo)軌機(jī)床
F=kFx+f'(Fz+W)(3)
對于鉆鏜主軸圓導(dǎo)軌機(jī)床
F=Fx+f*2M/dz (4)
對于滾動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)床
F=Fx+f'(Fz+W)+Fr(5)
式(1)～(5)中：Fx、Fy、Fz—x、y、z方向上的切削分力，N；
Fr—密封阻力，N；W—移動(dòng)部件的重量，N；
M—主軸上的扭矩，N·m；dz—主軸直徑，mm；
f′—導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；
f—軸套和軸架以及主軸的鍵的摩擦系數(shù)；
k—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)。
正常情況下，k、f'與f可取表1數(shù)值。
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導(dǎo)軌型式
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k
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f'
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f
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燕尾形
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1.4
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0.2
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矩形
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1.1
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0.15
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三角形、組合形
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1.15
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0.15～0.18
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鉆鏜主軸圓導(dǎo)軌
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-
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-
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0.15
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滾動(dòng)導(dǎo)軌
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-
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0.003～0.004
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(2) 最小載荷Fmin
最小載荷Fmin為數(shù)控機(jī)床空載時(shí)作用于滾珠絲杠的軸向載荷。此時(shí)，Fx=Fy=Fz=0。
(3) 最大工作載荷Fmax
最大載荷Fmax為機(jī)床承受最大切削力時(shí)作用于滾珠絲杠的軸向載荷。
(4) 平均工作載荷Fm與平均轉(zhuǎn)速nm
當(dāng)機(jī)床工作載荷隨時(shí)間變化且此間轉(zhuǎn)速不同時(shí)，
式中：t1,t2,…，tn分別為滾珠絲杠在轉(zhuǎn)速n1,n2,…，nn下，所受軸向載荷分別是F1,F2,…，Fn時(shí)的工作時(shí)間(min)
當(dāng)工作載荷與轉(zhuǎn)速接近正比變化且各種轉(zhuǎn)速使用機(jī)會(huì)均等時(shí)，可用下式求得Fm和nm。
Fm=(2Fmax+Fmin)／3(8)
nm=(nmax+nmin)／2(9)
2滾珠絲杠副主要技術(shù)參數(shù)的確定
(1) 導(dǎo)程Ph
根據(jù)機(jī)床傳動(dòng)要求，負(fù)載大小和傳動(dòng)效率等因素綜合考慮確定。一般選擇時(shí)，先按機(jī)床傳動(dòng)要求確定，其公式為：
Ph≥vmax/nmax(10)
式中：vmax—機(jī)床工作臺(tái)最快進(jìn)給速度，mm/min；
nmax—驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，r/min。
在滿足控制系統(tǒng)分辨率要求的前提下，Ph應(yīng)取較大的數(shù)值。
(2) 螺母選擇
由于數(shù)控機(jī)床對滾珠絲杠副的剛度有較高要求，故選擇螺母時(shí)要注重其剛度的保證。推薦按高剛度要求選擇預(yù)載的螺母型式。其中插管式外循環(huán)的端法蘭雙螺母應(yīng)用最為廣泛。它適用重載荷傳動(dòng)、高速驅(qū)動(dòng)及精密定位系統(tǒng)。并在大導(dǎo)程、小導(dǎo)程和多頭螺紋中具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，且較為經(jīng)濟(jì)。
①滾珠的工作圈數(shù)i和列數(shù)j。根據(jù)所要求性能、工作壽命，推薦按表2選取。
②法蘭形狀。按安裝空間由標(biāo)準(zhǔn)形狀選擇，亦可根據(jù)需要制成特殊法蘭形狀。
(3) 導(dǎo)程精度選擇
根據(jù)機(jī)床定位精度，確定滾珠絲杠副導(dǎo)程的精度等級。一般情況下，推薦按下式估算：
E ≤ (1/4 ~ 3/5) Td (11)
式中：E——累計(jì)代表導(dǎo)程偏差，μm;
TD——機(jī)床有效行程的定位精度，μm。
典型機(jī)床進(jìn)給滾珠絲杠的精度等級選擇見表3。
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NC機(jī)床
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應(yīng)用
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車-床
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銑-床
鏜-床
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加-工
中-心
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坐-標(biāo)
鏜-床
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鉆-床
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磨-床
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電火花機(jī)
床(EDM)
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線切割
(EDM)
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沖床
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激光切
割機(jī)床
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木材加
工機(jī)床
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軸
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X
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Z
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XY
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Z
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XY
|
Z
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XY
|
Z
|
XY
|
Z
|
X
|
Z
|
XY
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(Z)
|
XY
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UV
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XY
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XY
|
Z
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精度
等級
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C0
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○
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-
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-
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-
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-
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-
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○
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○
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-
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-
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○
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C1
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○
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-
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○
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-
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○
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-
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○
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○
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-
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-
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○
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○
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○
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-
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○
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○
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C2
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○
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-
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○
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○
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○
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○
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○
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-
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-
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-
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-
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○
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○
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○
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○
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○
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○
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C3
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○
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○
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○
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○
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○
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○
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-
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-
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○
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-
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-
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○
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○○
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○
|
○
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○
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○
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○
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C5
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○
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○
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○
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○
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○
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○
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-
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-
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○
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○
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-
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-
|
-
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○
|
-
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○
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○
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○
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○
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○
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C7
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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-
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○
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