幻灯片49
精 度 量 測
错误！未找到引用源。
5
10
152025
30
35
一月二月三月四月五月六月食物
天然气
旅馆
错误！未找到引用源。
786+.xls
滚珠丝杠规格型号选型 1、确定定位精度 2、通过马达及对速度得要求来确定丝杠导程 3、查瞧螺母尺寸确定行程及相关丝杠轴端数据 4、通过负载及速度分布(加减速)来确定平均轴向力与转速 5、通过平均轴向力确定预压力 6、预期寿命,轴向负荷,转速确定动额定负荷 7、基本动额定负荷,导程,临界转速,DmN值限制确定丝杠外径及螺母形式 8、外径,螺母,预压,负荷确定刚性(机台设计) 9、环境温度,螺母总长确定热变及累积导程 10、丝杠刚性,热变位确定预拉力 11、机床最高速度,温升时间,丝杠规格确定马达驱动扭矩及规格
滚珠丝杠副速选得基本原则 种类得选择:目前滚珠丝杠副得性价比已经相当高,无特别大得载荷要求时,都选择滚珠丝杠副,它具有价格相对便宜,效率高,精度可选范围广、尺寸标准化安装方便等优点。在精度要求不就是太高时,通常选择冷轧滚珠丝杠副,以便降低成本;在精度要求高或载荷超过冷轧丝杠最大规格额定载荷时需选择磨制或旋铣滚珠丝杠副。不管何类滚珠丝杠副,螺母得尺寸尽量在系列规格中选择,以降低成本缩短货期。 精度级别得选择:滚珠丝杠副在用于纯传动时,通常选用“T”类(即机械手册中提到得传动类),其精度级别一般可选“T5”级(周期偏差在1丝以下),“T7”级或“T10”级,其总长范围内偏差一般无要求(可不考虑加工时温差等对行程精度得影响,便于加工)。因而,价格较低(建议选“T7”,且上述3种级别得价格差不大);在用于精密定位传动(有行程上得定位要求)时,则要选择“P”类(即机械手册中提到得定位类),精度级别要在“P1”、“P2”、“P3”、“P4”、“P5”级(精度依次降低),其中“P1”、“P2”级价格很贵,一般用于非常精密得工作母机或要求很高得场合,多数情况下开环使用(非母机),而“P3”、“P4”级在高精度机床中用得最多、最广,需要很高精度时一般加装光栅,需要较高精度时开环使用也很好,“P5”则使用大多数数控机床及其改造,如数控车,数控铣、镗,数控磨以及各种配合数控装置得传动机构,需要时也可加装光栅(因“5”级得“任意300mm行程得偏差为0.023”,且曲线平滑,在很多实际案例中,配合光栅效果非常好)。 规格得选择:首先当然就是要选有足够载荷(动载与静载)得规格。根据使用状态,选择符合条件得规格。同时(重点),如果选用得就是磨制或旋铣滚珠丝杠副(冷轧得不需要考虑长径比),要估算长径比(丝杠总长除以螺纹公称直径得比值),但因长度在设计时已确定,在规格得确定上需要调整,原则上使其长径比小于50,(理论上长径比越小越好,对“P”类丝杠而言,长径比越小越利于加工与保证各项形位公差,故单位价格越便宜)。所以“规格越小不等于越便宜”。 预紧方式得选择:对于纯传动得情况,一般要求传动灵活,允许有一定返向间隙(不大,一般为几丝),多选用单螺母,它价格相对便宜、传动更灵活;对于不允许有返向间隙得精密传动得情况,则需选择双螺母预紧,它能调整预紧力得大小,保持性好,并能够重复调整;另外,在行程空间受限制得情况下,也可选用变位导程预紧(俗称错距预紧),该方式预紧力较小,且难以重复调整,一般不选。
教学文本目录 （一）教学任务分析------------2 (二) 教师情况分析-----------2 一、教学目标设计（三）学生情况分析---------2 （四）教学资源分析-------3 （五）教学目标设定-----5 （一）知识内容设计------------6 二、教学内容设计（二）技能内容设计----------8 （三）情感内容设计--------9 （四）重点难点突破------9 （一）教学方法设计------------11 三、教学过程设计（二）学习方法设计----------12 （三）教学过程设计--------13 （一）课堂教学反馈设计--------16 四、教学评价设计（二）学生学习评价设计------16 （三）教学效果总评设计----17 附件：学材设计---------------------------------19
数控铣床装调及维修比赛项目 任务五：直线导轨、滚珠丝杠的装配及调整 一、教学目标设计 （一）教学任务分析 《数控机床装调维修工》国家职业标准明确提出：数控机床机械功能部件的装配及调整是该工种必备技能。由于直线导轨、滚珠丝杠具有传动效率高、摩擦阻力小、灵敏度高、定位精度高、精度保持性好等特点，所以广泛应用于现代机械传动系统。因此，直线导轨、滚珠丝杠的安装及调整被设置为数控机床装调维修专业的典型教学任务，该任务符合岗位职业能力要求，使教学真正做到了“学以致用”。 （二）教师情况分析 担任该任务教学的老师，是一位具有22年教龄的高级实习指导教师、高级技师，具备扎实的数控维修专业理论基础和娴熟的操作技能。该教师长期工作在教学一线，了解中职学生特点，熟知技能形成规律，掌握现代教学理论并能够在教学实践中根据教学实际情况合理应用。通过分析，该教师完全具备讲授该任务的水平。 （三）学生情况分析 本任务的教学对象是中职数控机床装配及维修专业二年级一班 的40名学生。该班学生已进行过钳工基本技能训练和简单装配训练，具备一定的实际操作能力，学生学习过《极限偏差及技术测量》、《机械基础》、《机械制图》等专业基础课程，具备了一定的专业理论基础知识。 学生特点：该班学生基础知识较为薄弱，在学习方法和学习兴趣上存在不足，但整体思维活跃，喜欢动手，喜欢探究问题，团队意识
滚珠丝杠的选型计算 摘要： 随着机床及自动化行业的高速发展，滚珠丝杠的使用变得越来越广泛。许多机械工程师在对自己的设备所需要的滚珠丝杠选型时，面对丝杠资料上给的复杂的计算公式和繁杂选型步骤，感觉无从下手，不知道那些是需要重点考虑的关键点。为了使滚珠丝杠的选型步骤更为清晰简便，更既具备可操作性，我结合多年来丝杠的选型经验，对丝杠的选型做了一些归纳、简化，让丝杠的选型选型更为简单明了。顺便对应的伺服电机的选型也做说明。 关键词：滚珠丝杠、计算选型、伺服电机、机床、自动化。 一、确认使用条件： 1、被移动负载的质量：M (KG) 2、丝杠的安装方向：水平、垂直、倾斜； 3、沉重导轨的形式：线轨、平面导轨、 4、丝杠的行程：L (mm) 5、负载移动的速度：v (m/s) 6、负载需要的加速度：a (m/s^2) 7、丝杠的精度：C3到C7级 8、丝杠使用的环境：特殊环境需求的考虑。 二、简化计算选型： 举例，使用条件如下： 1、被移动负载重量：M=50kg; 2、安装方向：垂直安装; 3、导轨形式：线性滑轨 4、速度：v=0.2m/s 5、加速时间：t=0.1s 6、行程：1000mm； 7、精度：0.1mm 三、计算过程： 1、计算加速度：a=v/t=0.2/0.1=2m/s^2 (v：速度；t：加速时间) 2、计算丝杠的最大轴向力：F=Mgμ+Ma +Mg (水平运动，去除Mg选型，M负载重
量；g重力加速度9.8；μ：摩擦系数，平面导轨取值0.1，线轨取值：0.05；a加速度) F=50*9.8*0.05+50*2+50*9.8=614.5N 3、计算出丝杠的轴向负载以后，选型会出现两个分支，一种情况是客户不知道设备的设 计寿命年限，以及每一年中丝杠的使用平率，不做精确的丝杠寿命校核。那么我们推荐一种简单可行的方法，就是查询丝杠资料中的动负荷值C。结合第7项精度0.1mm 的要求，我们推荐常备FSI螺帽形式的丝杠，尺寸参数表如下： 根据丝杠的轴向推力：F=614.5N=62.7kgf；我们推荐将F乘以4~8之间的一个系数，对于使用平率低，可靠度要求不高的情况，我们推荐4倍系数，对于可靠度要求较高，我们推荐8倍的系数。 根据举例：F*8=62.7*8=501.6kgf；查询丝杠的表格，16-5T3的丝杠，其动负荷是1000kgf； 大于501.6kgf，所以16-5T3的丝杠可以满足要求；该型号表示，丝杠的公称直径为16mm；丝杠导程为5mm； 4、对于丝杠寿命有明确要求的选型，举例如下： 根据此前的举例，丝杠用20s做一次往返运动，停留10s在进行下一个循环。每天工作16小时，每年工作300天，设计寿命10年。则计算丝杠的转数寿命为： L=1000/5*2*2*60*16*300*10 (1000是行程，5是导程，2是往返，2是每分钟2次，
直线导轨和滚珠丝杠的发展趋势 我国滚动功能部件行业生产不集中、产品品种单一、含金量偏低、尚无一个在国际上有影响力的知名品牌，已成为国产数控机床发展的瓶颈。因此，加快实现我国滚动功能部 件产业化很有必要。 滚动功能部件产品包括：滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、滚珠花键、滚珠导套、直线运 动部件、坐标工作台、自锁器等。它们以"滚动"为特征，具有高效省能、精密定位、精密 导向、对CNC指令反应快速以及传动的高速性、同步性、可逆性等功能，是数控机床和机电一体化产品不可替代的关键配套件，也是符合21世纪生态、环保理念的重要基础零部件。它们产品虽小，却集成了精密零部件制造的许多关键技术。由于它们的标准化、系列化、通用化程度很高，又有广阔的市场，十分有利于组织专业化大批量生产。 行业现状 目前我国滚动功能部件生产企业有50家（不含台湾省），研究院所、高校共3家，企 业附属研究机构3个。生产滚珠丝杠的企业有48家，年产值可达6.5亿元，生产滚动直线导轨的企业有6家（其中4家同时生产滚珠丝杠），年产值可达1.5亿元。在50家企业中，生产规模大、工艺装备较齐全、产量大、品种多的企业有6家，其余绝大部分企业规模小、产量不高、产品品种单一。 国产滚动功能部件在装备制造业中已应用于多个领域：上至"风云二号"卫星、导弹制导系统、太空舱空间传动装置、雷达装置、空港设备，下至各类数控机床、IT产业、冶金设备、铁道车辆、核电站、塑料机械、医疗器械等。
从全球范围看，我国滚动功能部件产业虽然是制造厂商最多的国家，但生产不集中、分 布不合理、总产量和产值不高，除少数重点骨干企业的部分产品达到或接近国外水平外， 多数企业只能生产中低档产品，且品种单一、含金量偏低，至今尚无一个在国际上有影响 力的知名品牌，尚无一家上市公司。 我国滚动功能部件产业与国外的主要差距是：专业生产水平不高；信息化管理滞后；产 业化进程缓慢；个性化服务跟不上。从产品总体水平看，我们处于发达国家名牌产品之下，发展中国家之上的中偏上水平，中低档产品与国外同类产品差距较小或基本持平，但生产 效率却远远低于国外。而高性能、高档次的产品（高速、高精度、特高精度、低噪音等） 与NSK、THK、Rexroth等知名企业有明显差距，成为制约国产高档数控机床发展的瓶颈。 国外发展趋势 国外滚动功能部件产业的总体水平和产品发展走势有以下特点： 生产规模大，信息化管理水平高，以大规模集约化制造的成本和速度，提供全方位满足用户个性化需要的众多系列产品。 滚珠丝杠、直线导轨的现状及技术动向 中国作为世界上最大的机床消费国，制造业已经发展成为一个支柱产业。由于汽车工业的发展，对机床的速度和效率都提出了新的更高的要求。据了解，目前中国机床的数控化率 发展很快。日本机床的数控化率从开始的40%提高到目前90%的水平，大约花了15年的 时间，从中国现在发展的速度来看，如要达到目前日本的水平，估计不需要花费这么多的 时间，提高数控机床功能零部件的性能和质量已经成为中国机床工业发展的当务之急。
滚珠丝杠副参数计算与选用1、计算步骤
2、确定滚珠丝杠导程Ph 根据工作台最高移动速度Vmax , 电机最高转速nmax, 传动比等确定Ph。按下式计算，取较大圆整值。
Ph=(电机与滚珠丝杠副直联时，i=1) 3、滚珠丝杠副载荷及转速计算 这里的载荷及转速，是指滚珠丝杠的当量载荷Fm与当量转速nm。滚珠丝杠副在n1、n2、n3······nn转速下，各转速工作时间占总时间的百分比t1%、t2%、t3%······tn%，所受载荷分别是F1、F2、F3······Fn。 当负荷与转速接近正比变化时，各种转速使用机会均等，可按下列公式计算： (nmax: 最大转速，nmin: 最小转速，Fmax: 最大载荷（切削时），Fmin: 最小载荷（空载时） 4、确定预期额定动载荷 ①按滚珠丝杠副预期工作时间Ln（小时）计算： ②按滚珠丝杠副预期运行距离Ls（千米）计算： ③有预加负荷的滚珠丝杠副还需按最大轴向负荷Fmax计算：Cam=feFmax(N) 式中： Ln-预期工作时间（小时，见表5) Ls-预期运行距离(km),一般取250km。 fa-精度系数。根据初定的精度等级（见表6)选。 fc-可靠性系数。一般情况fc=1。在重要场合，要求一组同样的滚珠丝杠副在同样条件下使用寿命超过希望寿命的90％以上时fc见表7选
fw-负荷系数。根据负荷性质（见表8）选。 fe-预加负荷系数。（见表9) 表－5 各类机械预期工作时间Ln 表－6 精度系数fa 机械类型 Ln(小时） 普通机械 5000～10000 普通机床 10000～20000 数控机床 20000 精密机床 20000 测示机械 15000 航空机械 1000 精度等 级 1.2.3 4.5 7 10 fa 1.0 0.9 0.8 0.7 表－7 可靠性系数fc 可靠性% 90 95 96 97 98 99 fc 1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21 表－8 负荷性质系数fw 负荷性质 无冲击(很平 稳） 轻微冲击 伴有冲击或振动 fw 1～1.2 1.2～1.5 1.5～2 表－9 预加负荷系数fe 预加负荷类型 轻预载 中预载 重预载 fe 6.7 4.5 3.4 以上三种计算结果中，取较大值为滚珠丝杠副的Camm 。 5、按精度要求确定允许的滚珠丝杠最小螺纹底d2m a.滚珠丝杠副安装方式为一端固定，一端自由或游动时（见图-5） 式中：E-杨氏弹性模量21×105N/mm2 dm-估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量（mm ）
文件名称: 丝杆导轨检验规范生效日期:2015.01.01 发行部门文控中心发放号 版本序号修改章节修订内容修订人生效日期A/0 新版发行胡春荣2015.01.01 A/1 编制：制订人 日期：审核： 管理者代表 日期： 批准： 总经理 日期： 文件派发 总经理、工程部、生产部、品质部、后勤部、市场部
文件名称: 丝杆导轨检验规范生效日期:2015.01.01 1.目的 本标准规定了机加零件加工和检验过程中应遵循的基本原则及通用规范。 2.适用范围 适用于本公司机加件产品检验 3.操作说明 3.1术语定义。 3.1.1A级表面：在使用过程中经常被客户看见且被关注的部分。 3.1.2B级表面：在使用过程中常常被客户看见的部分但不会过分关注。 3.1.3C级表面：在使用过程中很少被客户注意到的表面部分。 3.2检验方案。 3.2.1抽检项：尺寸、外观按《抽样计划作业指导》执行；必要时检验性能按每批次抽取1PCS 检验，AC/RE=0/1；其他文件另有规定的按文件执行。 3.3 检验。 3.3.1外观： 3.3.1.1 外观检验条件及方法: --视力：校正视力1.0以上。 --目视距离：检查物距离眼睛A级面约40cm, B、C级面约70cm远。 --目视角度：45度~90度（检查时产品应转动）。 --目视时间：A级面15秒/面,B、C面10秒/面。 --灯光：大于500 LUX的照明度或公司车间正常照明度。 3.3.1.2 表面光滑、平整、无毛刺、变形、锈蚀、裂纹、压折、夹渣、气孔等；预埋件、铆接 件应牢靠、无松动，螺纹无缺损、无腐蚀等；不允许有加工遗留物存留在物件上； 3.3.2一致性： 同批来料，其外形、规格尺寸、使用材料、加工工艺、表面处理、互换性、颜色、字唛、包装等均应有良好的一致性。 3.3.3螺纹检验：加工过程中用螺纹塞规/环规检验，需“通规通、止规止”才可判定合格；成 品检验时按照客户要求选择实配或经螺纹塞规/环规检验合格的螺母/螺钉检验螺纹，能顺畅通过或装配即合格。 3.3.4钢性材料加工后若残留磁性须进行退磁处理。（达到不吸引缝衣服针程度） 3.3.5 表面处理：
滚珠丝杠及电机选型 1.滚珠丝杠及电机选型计算 1.1 确定滚珠丝杠副的导程 据电机额定转速和X 向滑板最大速度，计算丝杠导程。X 向运动驱动电机选择松下MDMA152P1V ，电机最高转速为4500rpm 。电机与滚珠丝杆直连，传动比为1。X 向最大运动速度25mm/s ，即1500mm/min 。则丝杠导程为 mm n i V P h 34.045001/1500/max max ≈?=?= 实际取mm P h 10=，可满足速度要求。 1.2 滚珠丝杠副的载荷及转速计算 滚动导轨承重时的滑动摩擦系数最大为0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算取静摩擦系数为0.006。则导轨静摩擦力： N f g M F 2.108548.91500006.000=?+??=+??=μ 式中： M ——工件及工作台质量，经计算M 约为1500kg 。 f ——导轨滑块密封阻力，按4个滑块，每个滑块密封阻力5N 。 由于该设备主要用于检测，丝杠工作时不受切削力，检测运动接近匀速，其阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力。则有： 15010/2560/60min max =?=?=≈h P v n n rpm N F F F 2.1080min max =≈≈ 滚珠丝杠副的当量载荷： 3 2min max F F F m +=≈0F =108.2N 滚珠丝杠副当量转速： 1502 min max =+=n n n m rpm 1.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷 1.3.1按滚珠丝杠副预期工作时间计算： N f f f F L n C c a w m h m am 06.5551 110012.10815000150601006033=??????=? = 式中： m n ——当量转速，15010/2560/60=?=?=h m P v n rpm h L ——预期工作时间，测试机床选择15000小时
伺服电机的选择 伺服电机：伺服主要靠脉冲来定位，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移；可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W 三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 闭环半闭环：格兰达的设备用伺服电机都是半闭环，只是编码器发出多少个脉冲，无法进行反馈值和目标值的比较；如是闭环则使用光栅尺进行反馈。 开环步进电机：则没有记忆发出多少个脉冲。 伺服：速度控制、位置控制、力矩控制 增量式伺服电机：是没有记忆功能，下次开始是从零开始； 绝对值伺服电机：具有记忆功能，下次开始是从上次停止位置开始。 伺服电机额定速度3000rpm ，最大速度5000 rpm ； 加速度一般设0.05 ~~ 0.5s 计算内容： 1.负载(有效)转矩T<伺服电机T 的额定转矩 2.负载惯量J/伺服电机惯量J< 10 (5倍以下为好) 3.加、减速期间伺服电机要求的转矩 < 伺服电机的最大转矩 4.最大转速<电机额定转速 伺服电机：编码器分辨率2500puls/圈；则控制器发出2500个脉冲，电机转一圈。 1.确定机构部。 另确定各种机构零件（丝杠的长度、导程和带轮直径等）细节。 典型机构：滚珠丝杠机构、皮带传动机构、齿轮齿条机构等 2.确定运转模式。 （加减速时间、匀速时间、停止时间、循环时间、移动距离） 运转模式对电机的容量选择影响很大，加减速时间、停止时间尽量取大，就可以选择小容量电机 3.计算负载惯量J 和惯量比（x kg.）。 根据结构形式计算惯量比。 负载惯量J/伺服电机惯量J< 10 10―4m 2单位（x kg.） 10―4m 2 计算负载惯量后预选电机，计算惯量比 4.计算转速N 【r/min 】。 根据移动距离、加速时间ta 、减速时间td 、匀速时间tb 计算电机转速。 计算最高速度Vmax x ta x Vmax + tb x Vmax + x td x Vmax = 移动距离 则得12 12 Vmax=0.334m/s （假设） 则最高转速：要转换成N 【r/min 】， 1）丝杆转1圈的导程为Ph=0.02m （假设） 最高转速Vmax=0.334m/s （假设 N = Vmax/Ph = 0.334/0.02=16.7（r/s ） = 16.7 x 60 = 1002（r/min ）< 3000(电机额定转速) 2）带轮转1全周长=0.157m （假设） 最高转速Vmax=1.111（m/s ） N = Vmax/Ph = 1.111/0.157 = 7.08（r/s ） = 7.08 x 60 = 428.8 （r/min ）< 3000(电机额定转速) 5.计算转矩T 【N . m 】。 根据负载惯量、加减速时间、匀速时间计算电机转矩。 计算移动转矩、加速转矩、减速转矩 确认最大转矩：加减速时转矩最大 < 电机最大转矩 确认有效转矩：有效（负载）转矩 < 电机额定转矩 Trms 6.选择电机。 选择能满足3~5项条件的电机。 1.转矩[N.m]：1）峰值转矩：运转过程中（主要是加减速）电机所需要的最大转矩；为电机最大转矩的80%以下。 2）移动转矩、停止时的保持转矩：电机长时间运行所需转矩；为电机额定转矩的80%以下。 3）有效转矩：运转、停止全过程所需转矩的平方平均值的单位时间数值；为电机额定转矩的80%以下。
教学文本目录
数控铣床装调与维修比赛项目 任务五：直线导轨、滚珠丝杠的装配与调整 一、教学目标设计 （一）教学任务分析 《数控机床装调维修工》国家职业标准明确提出：数控机床机械功能部件的装配与调整是该工种必备技能。由于直线导轨、滚珠丝杠具有传动效率高、摩擦阻力小、灵敏度高、定位精度高、精度保持性好等特点，所以广泛应用于现代机械传动系统。因此，直线导轨、滚珠丝杠的安装与调整被设置为数控机床装调维修专业的典型教学任务，该任务符合岗位职业能力要求，使教学真正做到了“学以致用”。 （二）教师情况分析 担任该任务教学的老师，是一位具有22年教龄的高级实习指导教师、高级技师，具备扎实的数控维修专业理论基础和娴熟的操作技能。该教师长期工作在教学一线，了解中职学生特点，熟知技能形成规律，掌握现代教学理论并能够在教学实践中根据教学实际情况合理应用。通过分析，该教师完全具备讲授该任务的水平。 （三）学生情况分析 本任务的教学对象是中职数控机床装配与维修专业二年级一班的40名学生。该班学生已进行过钳工基本技能训练和简单装配训练，具备一定的实际操作能力，学生学习过《极限偏差与技术测量》、《机械基础》、《机械制图》等专业基础课程，具备了一定的专业理论基础知识。 学生特点：该班学生基础知识较为薄弱，在学习方法和学习兴趣上存在不足，但整体思维活跃，喜欢动手，喜欢探究问题，团队意识强，具备开展任务驱动教学的学习基础。
（四）教学资源分析 该任务教学在一体化实训室进行，配有10套THWMZT-1B型数控铣床装调维修实训装置（见图1）和多媒体设备，将讲授区与操作区紧密结合，实训室布局如图2所示，便于开展理论实操一体化教学。 图1 TH WM ZT-1B型数控铣床装调维修实训装置
选型：滚珠丝杠的选型过程中对滚珠丝杠本身需要注意的主要参数如下-- 1---公称直径。即丝杠的外径，常见规格有12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120，不过请注意，这些规格中，各厂家一般只备16~50的货，也就是说，其他直径大部分都是期货（见单生产，货期大约在30~60天之间，日系产品大约是2~2.5个月，欧美产品大约是3~4个月）。公称直径和负载基本成正比，直径越大的负载越大，具体数值可以查阅厂家产品样本。这里只说明两个概念：动额定负荷与静额定负荷，前者指运动状态下的额定轴向负载，后者是指静止状态下的额定轴向负载。设计时参考前者即可。需要注意的是，额定负荷并非最大负荷，实际负荷与额定负荷的比值越小，丝杠的理论寿命越高。推荐：直径尽量选16~63。 2---导程。也称螺距，即螺杆每旋转一周螺母直线运动的距离，常见导程有1、2、4、6、8、10、16、20、25、32、40，中小导程现货产品一般只有5、10，大导程一般有1616、2020、2525、3232、4040（4位数前两位指直径，后两位指导程），其他规格多数厂家见单生产。导程与直线速度有关，在输入转速一定的情况下，导程越大速度越快。推荐：导程尽量选5和10。 3---长度。长度有两个概念，一个是全长，另一个是螺纹长度。有些厂家只计算全长，但有些厂家需要提供螺纹长度。螺纹长度中也有两个部分，一个是螺纹全长，一个是有效行程。前者是指螺纹部分的总长度，后者是指螺母直线移动的理论最大长度，螺纹长度=有效行程+螺母长度+设计裕量（如果需要安装防护罩，还要考虑防护罩压缩后的长度，一般按防护罩最大长度的1／8计算）。在设计绘图时，丝杠的全长大致可以按照一下参数累加：丝杠全长=有效行程+螺母长度+设计余量+两端支撑长度（轴承宽度+锁紧螺母宽度+裕量）+动力输入连接长度（如果使用联轴器则大致是联轴器长度的一半+裕量）。特别需要注意的是，如果你的长度超长（大于3米）或长径比很大（大于70），最好事先咨询厂家销售人员可否生产，总体的情况是，国内厂家常规品最大长度3米，特殊品16米，国外厂家常规品6米，特殊品22米。当然不是说国内厂家就不能生产更长的，只是定制品的价格比较离谱。推荐：长度尽量选6米以下，超过的用齿轮齿条更划算了。 4---螺母形式。各厂家的产品样本上都会有很多种螺母形式，一般型号中的前几个字母即表示螺母形式。按法兰形式分大约有圆法兰、单切边法兰、双切边法兰和无法兰几种。按螺母长度分有单螺母和双螺母（注意，单螺母和双螺母没有负载和刚性差异，这一点不要听从厂家销售人员的演说，单螺母和双螺母的主要差异是后者可以调整预压而前者不能，另外后者的价格和长度大致均是前者的2倍）。在安装尺寸和性能允许的情况下，设计者在选用时应尽量选择常规形式，以避免维护时备件的货期问题。推荐：频繁动作、高精度维持场合选双螺母，其他场合选双且边单螺母。推荐：螺母形式尽量选内循环双切边法兰单螺母。 5---精度。滚珠丝杠按GB分类有P类和T类，即传动类和定位类，精度等级有1、2、3、4.....几种，国外产品一般不分传动还是定位，一律以C0~C10或具体数值表示，一般来说，通用机械或普通数控机械选C7（任意300行程内定位误差±0.05）或以下，高精度数控机械选C5（±0.018）以上C3（±0.008）以下，光学或检测机械选C3以上。特别需要注意的是，精度和价格关联性很大，并且，精度的概念是组合和维持，也就是说，螺杆的导程误差不能说明整套丝杠的误差，出厂精度合格不能说明额定使用寿命内都维持这个精度。这是个可靠性的问题，与生产商的生产工艺有关。推荐：精度尽量选C7。 螺纹的主要参数 1）外径d（大径）（D）——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径——亦称公称直径
滚珠丝杠的选型计算公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
滚珠丝杠的选型计算 摘要： 随着机床及自动化行业的高速发展，滚珠丝杠的使用变得越来越广泛。许多机械工程师在对自己的设备所需要的滚珠丝杠选型时，面对丝杠资料上给的复杂的计算公式和繁杂选型步骤，感觉无从下手，不知道那些是需要重点考虑的关键点。为了使滚珠丝杠的选型步骤更为清晰简便，更既具备可操作性，我结合多年来丝杠的选型经验，对丝杠的选型做了一些归纳、简化，让丝杠的选型选型更为简单明了。顺便对应的伺服电机的选型也做说明。 关键词：滚珠丝杠、计算选型、伺服电机、机床、自动化。 一、确认使用条件： 1、被移动负载的质量：M (KG) 2、丝杠的安装方向：水平、垂直、倾斜； 3、沉重导轨的形式：线轨、平面导轨、 4、丝杠的行程：L (mm) 5、负载移动的速度：v (m/s) 6、负载需要的加速度：a (m/s^2) 7、丝杠的精度：C3到C7级 8、丝杠使用的环境：特殊环境需求的考虑。 二、简化计算选型： 举例，使用条件如下： 1、被移动负载重量：M=50kg; 2、安装方向：垂直安装; 3、导轨形式：线性滑轨 4、速度： v=s 5、加速时间：t= 6、行程：1000mm； 7、精度： 三、计算过程： 1、计算加速度：a=v/t==2m/s^2 (v：速度；t：加速时间)
2、计算丝杠的最大轴向力：F=Mgμ+Ma +Mg (水平运动，去除Mg选型，M 负载重量；g重力加速度；μ：摩擦系数，平面导轨取值，线轨取值：；a加速度) F=50**+50*2+50*= 3、计算出丝杠的轴向负载以后，选型会出现两个分支，一种情况是客户不知道设备的 设计寿命年限，以及每一年中丝杠的使用平率，不做精确的丝杠寿命校核。那么我们推荐一种简单可行的方法，就是查询丝杠资料中的动负荷值C。结合第7项精度的要求，我们推荐常备FSI螺帽形式的丝杠，尺寸参数表如下： 根据丝杠的轴向推力：F==；我们推荐将F乘以4~8之间的一个系数，对于使用平率低，可靠度要求不高的情况，我们推荐4倍系数，对于可靠度要求较高，我们推荐8倍的系数。 根据举例：F*8=*8=；查询丝杠的表格，16-5T3的丝杠，其动负荷是1000kgf； 大于，所以16-5T3的丝杠可以满足要求；该型号表示，丝杠的公称直径为16mm；丝杠导程为5mm； 4、对于丝杠寿命有明确要求的选型，举例如下： 根据此前的举例，丝杠用20s做一次往返运动，停留10s在进行下一个循环。每天工作16小时，每年工作300天，设计寿命10年。则计算丝杠的转数寿命为：
滚珠丝杠的选型计算
滚珠丝杠的选型计算 摘要： 随着机床及自动化行业的高速发展，滚珠丝杠的使用变得越来越广泛。许多机械工程师在对自己的设备所需要的滚珠丝杠选型时，面对丝杠资料上给的复杂的计算公式和繁杂选型步骤，感觉无从下手，不知道那些是需要重点考虑的关键点。为了使滚珠丝杠的选型步骤更为清晰简便，更既具备可操作性，我结合多年来丝杠的选型经验，对丝杠的选型做了一些归纳、简化，让丝杠的选型选型更为简单明了。顺便对应的伺服电机的选型也做说明。 关键词：滚珠丝杠、计算选型、伺服电机、机床、自动化。 一、确认使用条件： 1、被移动负载的质量：M (KG) 2、丝杠的安装方向：水平、垂直、倾斜； 3、沉重导轨的形式：线轨、平面导轨、 4、丝杠的行程：L (mm) 5、负载移动的速度：v (m/s) 6、负载需要的加速度：a (m/s^2) 7、丝杠的精度：C3到C7级 8、丝杠使用的环境：特殊环境需求的考虑。 二、简化计算选型： 举例，使用条件如下： 1、被移动负载重量：M=50kg; 2、安装方向：垂直安装; 3、导轨形式：线性滑轨 4、速度： v=0.2m/s 5、加速时间：t=0.1s 6、行程：1000mm；
7、精度：0.1mm 三、计算过程： 1、计算加速度：a=v/t=0.2/0.1=2m/s^2 (v：速度；t：加速时间) 2、计算丝杠的最大轴向力：F=Mgμ+Ma +Mg (水平运动，去除Mg选型，M 负载重量；g重力加速度9.8；μ：摩擦系数，平面导轨取值0.1，线轨取值：0.05； a加速度) F=50*9.8*0.05+50*2+50*9.8=614.5N 3、计算出丝杠的轴向负载以后，选型会出现两个分支，一种情况是客户不知道设备的 设计寿命年限，以及每一年中丝杠的使用平率，不做精确的丝杠寿命校核。那么我们推荐一种简单可行的方法，就是查询丝杠资料中的动负荷值C。结合第7项精度 0.1mm的要求，我们推荐常备FSI螺帽形式的丝杠，尺寸参数表如下： 根据丝杠的轴向推力：F=614.5N=62.7kgf；我们推荐将F乘以4~8之间的一个系数，对于使用平率低，可靠度要求不高的情况，我们推荐4倍系数，对于可靠度要求较高，我们推荐8倍的系数。 根据举例：F*8=62.7*8=501.6kgf；查询丝杠的表格，16-5T3的丝杠，其动负荷是1000kgf；
滚珠丝杠副特性 滚珠丝杠传动系统是一个以滚珠作为滚动媒介的滚动螺旋传动的体系。 以传动形式分为两种： （1）将回转运动转化成直线运动。 （2）将直线运动转化成回转运动。 ?传动效率高 滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%～98%，为传统的滑动丝杠系统的2～4倍，如图1.1.1所示，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）。 ?运动平稳 滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。 ?高精度 滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。 ?高耐用性 钢球滚动接触处均经硬化（HRC58～63）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。 ?同步性好 由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。 ?高可靠性 与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下工作。 ?无背隙与高刚性 滚珠丝杠传动系统采用歌德式（Gothic arch）沟槽形状（见图2.1.2—2.1.3）、使钢珠与沟槽达到最佳接触以便轻易运转。若加入适当的预紧力，消除轴向间隙，可使滚珠有更佳的刚性，减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，达到更高的精度。
现代制造技术的发展突飞猛进，一批又一批的高速数控机床应运而生。它不仅要求有性能卓越的高速主轴，而且也对进给系统提出了很高的要求：(1)最大进给速度应达到40m/min或更高；(2)加速度要高，达到1g以上；(3)动态性能要好，达到较高的定位精度。 高速滚珠丝杠副是指能适应高速化要求(40 m／min以上)、满足承载要求且能精密定位的滚珠丝杠副，是实现数控机床高速化首选的传动与定位部件。 1 高速滚珠丝杠副的结构设计 滚珠丝杠副的驱动速度V＝Ph×N(Ph为导程，N为丝杠转速)，因此提高驱动速度的途径有两条：其一是提高丝杠的转速，其二是采用大导程。提高 转速N受do·N值的制约(do为滚珠丝杠的公称直径)。国际上一般do·N≤70000。据日本NSK 公司介绍：该公司已将do·N值提高到153000。N增大时，do必须减小，且过分提高转速会引起丝杠发热、共振等问题；d0太小也会造成系统刚性差、易变形、影响加工精度，且目前伺服电动机的最高转速仅到4000 r／min。导程Ph过大时，不仅增加了滚珠丝杠副的制造难度，精度难以提高，降低了丝杠副承载，而且也增加了伺服电动机的起动力矩。因此，设计高速滚珠丝杠副时要合理选择丝杠副的转速N、公称直径do与导程Ph。 数控机床常用的滚珠丝杠副结构为：外循环插管式、内循环反向器式。由于高速滚珠丝杠副的导程较大，如用内循环结构，反向器尺寸较长，承载的钢球数减少，且钢球高速时流畅性差，是不适合的；而外循环插管式结构简单，承载能力大，不受导程的限制。因此，被选作高速滚珠丝杠副的结构。 外循环滚珠丝杠副预紧方式主要有三种：增大钢球直径、变位导程和垫片。各预紧方式的特点见表1。 根据高速滚珠丝杠副的特点，选用单螺母变位导程预紧结构比较合适。但在结构设计时，应注意以下几点：(1)导程的选择。为了提高丝杠副驱动速度，一般需增大丝杠副导程，常用丝杠副导程取丝杠直径的1／3—1／2。(2)为了增加承载，选用多头螺纹，以提高丝杠副承载能力。(3)滚珠丝杠副在高速时产生的噪声主要来自钢球在导珠管进出口(见图1P、P'点)处的碰撞。因此，在循环过程中钢球的反向点设计是非常重要的(见图
本技术公开了一种新型导轨丝杠，包括：设有滑槽的丝杠固定座，该滑槽沿水平直线轨迹设置；转动连接在丝杠固定座上的丝杠轴，该丝杠轴由动力装置驱动旋转；转动连接在丝杠轴上的丝杠螺母，丝杠螺母设有位于滑槽内的伸出部，该伸出部与滑槽的形状配合能够现在伸出部的转动；其特征在于，伸出部包括位于滑槽内滑动的滑块以及固定在滑块底部的固定杆，固定杆上滑动连接有一通过升降装置驱动做升降运动的活塞环。本技术在丝杠螺母底部设置有伸出部，伸出部固定连接有固定杆，固定杆上滑动连接的活塞环在丝杠轴停止运动时，由升降装置驱动，上升从而抵在滑槽壁上，其产生的摩擦力能够有效防止丝杠螺母的运动。 权利要求书 1.一种新型导轨丝杠，包括： 设有滑槽(2)的丝杠固定座(4)，该滑槽(4)沿水平直线轨迹设置； 转动连接在所述丝杠固定座(4)上的丝杠轴(6)，该丝杠轴(6)由动力装置驱动旋转； 转动连接在所述丝杠轴(6)上的丝杠螺母(8)，所述丝杠螺母(8)设有位于所述滑槽(4)内的伸出
部(10)，该伸出部(10)与所述滑槽(4)的形状配合能够现在所述伸出部(10)的转动； 其特征在于， 所述伸出部(10)包括位于所述滑槽(4)内滑动的滑块(12)以及固定在所述滑块(12)底部的固定杆(14)，所述固定杆(14)上滑动连接有一通过升降装置驱动做升降运动的活塞环(16)。 2.根据权利要求1所述的一种新型导轨丝杠，其特征在于， 所述滑槽(4)包括第一槽体(18)和第二槽体(20)，且之间设置有隔板(22)，并通过所述隔板(22)上的连接槽(24)连通，所述第一槽体(18)位于所述所述第二槽体(20)的正上方； 所述滑块(12)位于所述第一槽体(18)内； 所述活塞环(16)能够在所述第二槽体(20)内滑动，其在所述升降装置的作用下，能够抵靠在所述隔板(22)底部，并产生能够限制所述活塞环(16)运动的摩擦力。 3.根据权利要求2所述的一种新型导轨丝杠，其特征在于，所述升降装置为气缸。 4.根据权利要求3所述的一种新型导轨丝杠，其特征在于，所述动力装置为电机。 5.根据权利要求4所述的一种新型导轨丝杠，其特征在于，所述动力装置与所述升降装置电连接，当所述动力装置停机时控制所述升降装置上升，将所述活塞还(16)抵在所述隔板(22)的底部。 技术说明书
毕业论文 原文缩略 一、课题的来源及现实意义 论文目录 一、课题来源及现实意义 二、设计任务与总体方案的确定 1、设计任务 2、总体设计方案的确定 三、机械部分XY工作台的设计 1、主要设计参数及依据 2、XY工作台进给系统受力分析 3、XY工作台尺寸确定及各部分重量估算 四、滚珠丝杠传动机构的确定 1、滚珠丝杠副的确定 2、X向Y向丝杆的强度分析 3、强度验算 4、效率计算 五、直线滚动导轨的选型 六、步进电机及传动机构的确定 1、步进电机的选用 2、扭矩及转动惯量的验算 3、齿轮传动机构的确定 七、步进电机惯性负载的计算 八、传动系统刚度的讨论 1、根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度 2、根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度 九、消隙方法与预紧 1、消隙方法的选用 2、预紧 电动位移台介绍 电动位移台系统可实现多自由度的自动调整，包括方导轨电动位移台、圆导轨电动位移台、滑动单元电动位移台、V型导轨电动位移台、宽型电动位移台、防尘罩位移台、电动旋转台、X-Y-Z组合位移台，升降台等等，由于具有精度高，速度快，行程长，承载大，使用寿命长，自动化程度高等诸多优点，电动位移台系统越来越广泛的应用于科学实验，激光加工，自动检测，自动计量，自动控制等领域。 电动旋转台的关键部件是轴系和蜗轮蜗杆。轴系在电动旋转台中起着定心和定向作用，对电动旋转台的承载、偏摆、寿命等指标起决定作用。 电动位移台的品质起决于关键部件包括螺杆、导轨、电机的质量，机体的材质和加工精度以及整机装调工艺水平对电动位移台的品质也有较大影响。
螺杆在电动位移台中起着传动作用，对电动位移台的定位精度、重复定位精度、轴向间隙、速度、分辨率等指标起决定作用。一般采用滚珠螺杆、研磨丝杆和梯形丝杆。滚珠螺杆与螺母通过钢球实现滚动传动，通过选择钢球直径或采用双螺母预压，可减少轴向间隙，提高刚性，因此，在传动精度、传动效率、刚性、寿命等方面有很大优势。研磨丝杠和梯形丝杆的螺杆与螺母之间滑动传动，因此，传动效率低，速度慢，轴向间隙不容易消除。研磨丝杠可采用小导轨提高系统分辨率，其制造成本低。梯形丝杠传动力矩大，能实现自锁，做为Z轴使用优势明显。 导轨在电动位移台中起着支撑和导向作用，对位移台的承载、运行直线度、行程等指标起决定作用。一般采用交叉滚柱、线性滑块（方导轨）、线性轴承（圆导轨）和滑动单元（带支撑圆导轨）。交叉滚柱导轨对基本加工和配置要求高。对于线性滑块（方导轨）、线性轴承（圆导轨）和滑动单元（带支撑圆导轨）而言，导轨和滑块之间为滚动，摩擦系数小。线性轴承（圆导轨）由于导轨两端支撑，中间悬空，对行程、承载方面影响很大，采用滑动单元（带支撑圆导轨）可有效解决这些问题。线性滑块（方导轨）在钢球与导轨之间采用特殊接触构造，能保证运动轻快、刚性好、寿命长，因此，在导向精度、承载、寿命、行程等方面有很大优势。 电机在电动位移台中起提供驱动力矩作用，对电动位移台系统性能起决定作用。一般采用步进电机、交流伺服电机。步进电机可将电脉冲直接转换成角位移，其力矩的产生基于定子与转子之间的磁阻效应而导致的电磁吸引和排斥作用，具有控制简单，成本低等优点，其缺点是有丢步现象，运行不太平稳，前者
THK导轨丝杆 THK的直线运动导向装置LM导轨具有以下特长： 1．1无间隙轻快地运动 有专利保障的LM导轨里具有其它公司产品所没有的自动调整能力 1．2容易获得高的行走精度 对于LM导轨，即使安装面粗糙，由于球的弹性变形等能吸收安装的误差，容易获得高的运动精度，并且，运动轻快，对使用寿命也几乎没有影响。 1．3定位精度高 LM导轨是理想的滚动导向装置，动摩擦与静磨擦之差很小，几乎不产生空转运动 1．4所有方向都具有高刚性 LM导轨能承受来自上下和左右方向的负荷，同时，因为采用了圆弧沟槽的接触构造，在必要时可施加预压来提高刚性 1．5容许负荷大 LM导轨因采用了与球径相接近的沟槽形状，与直线流珠衬套相比有很大的区别。基本额定动负荷的大小很接近的LM导轨与直线滚珠衬套相比，外观尺寸上差异很大，因此，使用LM导轨将能使装置的外观尺寸大幅度减少，其理由如下，R沟槽接触（R是球径的52%）的情况与平面接触的情况相比，每1个球的容许负荷相关13倍。如果每1个钢球的容许负荷相差13倍，因为寿命是其3次乘方，所以寿命之比大约是2200倍。 1．6能长期间维持高精度 LM导轨是理想的滚动导向装置，磨损非常小，即使长期间使用其精度都不会发生变化。 1．7出色的高速性能 LM导轨即使在高速运行时，也不会出现在滑动导向装置中所具有的卡死现象。 THK LM导轨SHS 装有球保持器的4方向等负荷型 构造与特长 在LM轨道与LM滑块被精密研磨加工过的4列滚动沟槽上进行滚动，再通过球保
持器与装在LM滑块上的端蒸板，使各列球进行循环运动。为了使LM滑块的4个方向(径向方向，反径向方向，横方向)具有相同的额定负荷，各球列被设计成45度的接触角，可在各种各样的姿态中使用，并且因能施加均等的预压，从而既能一边维持较低的摩擦系数，又加强了4个方向的刚性。同时，因断面高度低，并且对LM滑块进行了高钢性设计，从而能获得稳定的高精度直线运动。 4方向等负荷 因为各球列是按接触角45°配置的，故对于LM滑块上的4个作用方向（径向、反径向、横向），均具有相同的额定负荷，可在各种各样的姿势中使用，用途广泛。 自动调整能力 由于THK独特的圆弧沟槽的正面组合（DF组合），所产生的自动调整能力之效果，即使给予预压也能吸收安装误差，从而得到高精度平滑稳定的直线运动。世界标准尺寸 以由直线运动系统之先驱THK所开发的，事实上已成为世界标准的HSR型为基准而设计的SHS型，具有与HSR型相同的额定负荷和刚性。 低重心、高刚性 通过对轨道断面的小型化，使重心变低，同时实现了高刚性化。 滚珠螺杆的特长 驱动扭矩仅为滑动螺杆的1/3 滚珠螺杆是滚珠沿螺杆与螺母间的螺纹沟槽做滚动运动，因此可获得高效率，与过去的滑动螺杆相比，驱动扭矩仅为1/3以下，从而，不仅可将回转变为直线运动，而且可容易地将直线运动变为回转运动。 保证高精度 THK滚珠螺杆，在被恒温控制的工场里，用最高水平的机械设备进行研磨，直到组装、检查，实行彻底的品质管理体系，以保证其精度。 能微量进给 滚珠螺杆由于滚珠做滚动运动，起动扭矩极小，不产生如滑动运动中易出现的蠕