附图一、电机座、轴承座与丝杠螺母座的同轴度检测示意图
检查轴承座与电机座的同轴度
检测电机座、轴承座与丝杠螺母座的同轴度示意图
1—电机座2—丝杠螺母座3—轴承座4、5、6—检棒
7—检验表及表座8—桥尺组件
附录2：Z轴装配工艺流程卡
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）
1、螺纹副耐磨性计算 《机械设计（第四版）》公式（6.20），螺纹中径计算公式： ] [2P h Fp d φπ≥ 式中， N F 轴向力，- 2.1=-φφ整体式螺母取 1.3,81][表许用压强MPa P - 6m m 螺距， -p mm p h h 365.05.0=?==-螺纹工作高度， 螺母为整体式并且磨损后间隙不能调整，2.1,5.22.1=-=φφ取；该螺旋机构为人力驱动，因此][P 提高20%，MPa P 6.212.118][=?=。 mm P h FP d 3.296 .212.1314.36 49153][2=????=≥ φπ 6 12 6 12 注：当ф＜2.5或人力驱动时，[p]值可提高20％；若为剖分螺母时则[p]值应降低15～20％。
图3.？ 螺旋副受力图 牙型角α=30°，螺距P 由螺纹标准选择P=6mm 牙顶间隙ac ;25.0,55.1=-=ac p ;5.0,126=-=ac p ;1,4414=-=ac p 外螺纹 大径(公称直径)，根据各企业自行制定的行业标准（或自行设计加工)取d=44mm 中径mm p d d 415.02=-= 小径mm h d d 37231=-= 牙高mm ac p h 5.35.03=+= 内螺纹 大径mm ac d D 452=+= 中径mm d D 1422== 小径mm p d D 381=-= 牙高mm h H 5.334== 牙顶宽mm p f 196.2366.0==
牙槽底宽mm ac p w9145 .1 0563 . 366 .0= - = 螺纹升角447 0.0 tan 2 = = d np π ψ 因此选用6 44? T的螺杆，其参数为： 公称直径（mm） d 螺距（mm） P 中径（mm） 2 2 D d= 大径（mm） D 小径（mm） 1 d 1 D 44 6 41 45 37 38 2、螺纹牙强度计算 螺纹牙的剪切和弯曲破坏多发生在螺母。 螺纹牙底宽mm p t8.3 6 634 .0 634 .0 1 = ? = = 螺母旋合长度94.3 1 4 3.2 2 '= ? = =d Hφ 相旋合螺纹圈数16 6 94.3 ≈ = ' = P H z 剪切强度条件 MPa z Dt F 4.06 8.3 61 45 14 .3 34912.5 1 = ? ? ? = π MPa 40 30 ] [- = ≤τ 弯曲强度条件 MPa MPa z Dt Fh b 60 40 ] [ 9.62 61 8.3 45 14 .3 3 34912.5 3 3 2 2 1 - = ≤ = ? ? ? ? ? =σ π
HJG-S系列滚珠丝杠副的主要性能选择 1 、轴向载荷、寿命 （1）、额定动载荷 Ca 一批相同的滚珠丝杠副 , 在轴向载荷 Fa 的作用力以较高的速度运转 10 ° 转 , 其 90% 的滚珠丝杠副不产生疲劳剥伤 , 此时的轴向载荷 Fa 称为该规格的额定动载荷 (Ca), 此值可在 HJG-S 具体尺寸规格表中查得。 （2）、额定静载荷 Cao Cao 系指滚珠丝杠副在静止（或转速较低）状态下，承受最大接触应力的滚珠和滚道接触面的塑性变形量之和为钢球直径的万分之一时的轴向载荷，此值可在 HJG-S 具体尺寸规格表中查得。 （3）、回转寿命 L 式中： L---- 加转命令： Ca---- 额定动载荷（ N ）： Fa---- 轴向载荷（ N ）： Fw---- 载荷系数。 无冲击载荷平滑运动时 Fw=1.0-1.2 普通运动时 Fw=1.2-1.5 冲击振动时 Fw=1.-2.5 (4) 、时间寿命 Lh 式中： Lh---- 时间寿命； L---- 回转寿命； n---- 转速（转 / 分） 2 、按预期工作时间确定预期额定动载荷 Cam 式中： Lh---- 预期工作时间（小时）见表 a ； fa---- 精度系数见表 b ； fc---- 可靠性系数一般 fc=1 ； fw---- 负荷系数见表 c 。 ---- 当量转速（转 / 分） Fm---- 表示当量载荷（ N ） 表 a 各类机械预期工作时间 Lh （小时）
机械类型 工作时间 普通机床 5000—10000 普通机床 10000—15000 数控机床 20000 精密机床 20000 测试机床 15000 航空机械 1000 表b 精度系数 1.2.3 4.5 7 10 fa 1.0 0.9 0.8 0.8 表c 负荷系数 无冲击、平稳 轻微冲击 伴有冲击、振动 fw 1—1.2 1.2—1.5 1.5—2 3、滚珠丝杠副的预加负荷 （1）、滚珠丝杠、螺母间的预加负荷FP 为了消除轴向间隙，增加滚珠丝杠副的刚性和定位精度，在丝杠螺母间加以预加负荷FP。过大的FP值将引起滚珠丝杠副寿命下降及摩擦力矩增大，而FP过小，会出现轴向间隙，影响定位精度，因此在一般情况下： 取 Fp=Fm/3 试中:Fp---预加载荷；Fm---当量载荷（N）；当轴向载荷不能确定时取Fp=Ca/(8-10) （2）、对预拉但滚珠丝杠副的行程补偿值C和预拉伸力FPL 为补偿因工作温度升高而引起的丝杠伸长，保证滚珠丝杠在正常使用时的定位精度和滚珠丝杠的系统刚度要求较高的高精度滚珠丝杠副，其丝杠轴需进行预加负荷拉伸。一般下列方法实现。 1 ）、滚珠丝杠轴在制造时，可提出目标行程的行程补偿值 C C=a. △ t.Lu=11.8 △ tLu. 式中： C ---- 行程补尝值（ um ）；△ t ---- 温度变化值。一般取 2 ℃—3℃；Lu----滚珠丝杠副的有效行程（mm）; a----丝杠的线膨胀系数11.8× /度 2）、滚珠丝杠副安装时丝杠的拉伸力Fpl 式中：Fpl----预拉伸力（N）；△ t ----滚珠丝杠的温升，一般为2-3；d2----滚珠丝杠螺纹底径（mm）； E----杨氏弹性模量:2.1x105N/mm2 4、滚珠丝杠副的极限转速与允许转速 滚珠丝杠副的极限转速主要是指滚珠丝杠副在高速运转时，避免产生共振现象，使滚珠丝杠副正常运转。 式中：----极限转速（转速/分）；K----安全系数，一般取0.8；Lb----安装间距；
目录 前言……………………………………………………………………………………滚珠丝杠螺母副的设计……………………………………………………轴承选择……………………………………………………………………………电机选择……………………………………………………………………………设计总结……………………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………………
前言 机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高。产品的更新换代也不断加快。因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地适应产品零件的变换，生产的需要促使了数控机床的产生。 数控机床是指机床的操作命令以数值数字的形式描述工作过程按规定的程序自动进行的机床。随着微电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速地发展起来。 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尖端工业（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）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，有什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用的数控技术，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。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及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。 此次“机电一体化课程设计”主要简单设计出数控机床系统，其实离实际真正工业用数控机床还有很大的距离。由于时间仓促和自己知识水平有限，在设计中难免会有些许瑕疵，恳请老师指正。
深圳tbi滚珠丝杠选型计算举例 选取的滚珠丝杠转动系统为： 磨制丝杠(右旋) 轴承到螺母间距离(临界长度) l = 1200mm n = 1200mm 固定端轴承到螺母间距离 L k 设计后丝杠总长 = 1600mm 最大行程 = 1200mm = 14（m/min） 工作台最高移动速度 V man = 24000工作小时。 寿命定为 L h μ= 0.1 （摩擦系数） = 1800 （r/min） 电机最高转速 n max 定位精度： 最大行程内行程误差 = 0.035mm 300mm行程内行程误差 = 0.02mm 失位量 = 0.045mm 支承方式为(固定—支承) W = 1241kg+800kg （工作台重量+工件重量） g=9.8m/sec2(重力加速度) I=1 (电机至丝杠的传动比) Fw=μ×W ×g = 0.1×2041×9.8 ≈ 2000 N(摩擦阻力)
F a --- 轴向载荷（N） F --- 切削阻力（N） F w --- 摩擦阻力（N） 从已知条件得丝杠编号： 此设计丝杠副对刚度及失位都有所要求，所以螺母选形为：FDG（法兰式双螺磨制丝杠） 从定位精度得出精度精度不得小于P5级丝杠 FDG_-_X_R-_-P5-1600X____ 计算选定编号 导程 = 14000/18000≈7.7mm 平均转速 平均载荷
时间寿命与回转寿命 =24000×266×60 =383040000转次 额定动载荷 以普通运动时确定fw 取 1.4 得：额定动载荷 C a ≥39673N 以C a 值从FDG 系列表及（丝杠直径和导程、丝杠长度表） 中查出适合的类型为： 公称直径： d 0=40mm 丝杠底径： d 0=33.9mm 导程：P ho =10mm 循环圈数：4.5 额定动载荷为：48244N 。 丝杠编号： FDG 40 × 10R - P5 - 4.5 - 1600 × ____ 预紧载荷 F ao = F max /3=11000/3 ≈ 3666 N 丝杠螺纹长度 L u =L 1-2L e L 1=L u +2L e =1200+2×40=1280mm 丝杠螺纹长度不得小于1280mm 加上螺母总长一半84mm(从系列表中查出螺母总长168mm)。 得丝杠螺纹长度 ≥ 1364m。
计算举例 某台加工中心台进给用滚珠丝杠副的设计计算: 已知: 工作台重量 W 1=5000N 工作及夹具最大重量W 2=3000N 工作台最大行程 L K =1000mm 工作台导轨的摩擦系数:动摩擦系数μ=0.1 静摩擦系数μ0=0.2 快速进给速度 V max =15m/min 定位精度20 μm /300mm 全行程25μm 重复定位精度10μm 要求寿命20000小时(两班制工作十年)。 表1 解： 1) 确定滚珠丝杠副的导程 max max h i n V P =? ::/min :/min :h max max mm m r i P V n 滚珠丝杠副的导程 工作台最高移动速度 电机最高转速 传动比 因电机与丝杠直联，1i = 由表查得 max 15/min m V =
max 1500/min n r = 代入得， 10h mm P = 2)确定当量载荷 112() m s n F F F W W P μ==+++ 可求得： 12342920,1850,1320, 800,1290m F N F N F N F N F N ===== 3)确定当量转速 112212/min m n t n t n r t t ++???==++??? 230 4）预期额定动载荷 ①按预期工作时间估算。 按表3-24查得：轻微冲击取.w f =13 按表3-22查得：精度等级1-3取.a f =10 按表3-23查得：可靠性97%取.c f =044 已知h L h =20000 得：nm a c C N = =24815 ②拟采用预紧滚珠丝杠，按最大负载max F 计算， 按表3-25查得：中预载取：.e f =45 max F F N ==12920，代入得 ' max am e C f F N ==13140
滑动螺旋工作时，主要承受转矩及轴向拉力（或者压力）的作用，同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动，其失效形式主要是螺纹磨损，因此，滑动螺旋的基本尺寸，通常的根据耐磨性条件确定。下面计算丝杆的耐磨性。 已知：F=41048（N ） 查《机械设计》有： d 2≥] [P h p F φπ??? 对于梯形螺纹有h=0.5P ，《查机械设计》有[]p =22MP 则[] p F d φ8.02≥ 式中：φ在传动精度较高，载荷较大，寿命长时，取4=φ ][P 为材料的许用压力，查《机械设计》[]1可得][P =22Mpa [] p F d φ8.02≥=17.28mm 可以取d 2=50.5mm ，满足d 2的要求。 其公称直径d=55mm 外螺纹mm d 453= 内螺纹mm D mm D 465614== 螺距p=9mm
螺母高度 H=202mm （3）丝杆强度计算 由扭矩 T=F 0tan （V ??+）2 2d 查《机械设计》[]1得，对于M10~M16普通螺纹取tan v ?=0.17 cos ?= D d D 2- 已知D=100mm t=25mm cos ?= D d D 2-=0.5 所以 tan ?=1.732 T=F 0tan （V ??+）22d =41048?25.50732.117.01732.117.0??-+=(Pa) 危险截面 ca σ=212)4(31d T F A +][σ≤=4 s σ 式中：A---是丝杆的最小截面积 A=214d π ca σ=21 2)4(31d T F A +MPa 26≈ 查《机械设计》[]1得，s σ=320~360Mpa 所以ca σ][σ≤ 结论是之前取的丝杆数据符合强度要求 （4）螺母强度计算
滚珠丝杠螺母副结构图及其工作原理本次观察了实训车间的数控车床、数控铣床、加工中心，作为它们进给伺服 系统机械传动结构中的滚珠丝杠螺母副的结构都是一样的。 滚珠丝杠螺母副的结构原理图 ·组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成。 ·工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。 特点： ·传动效率高：机械效率可高达92%~98%。 ·摩擦力小：主要是用滚珠的滚动代替了普通丝杆螺母副的滑动。 ·轴向间隙可消除：也是由于滚珠的作用，提高了系统的刚性。经预紧后可消除间隙。 ·使用寿命长、制造成本高：主要采用优质合金材料，表面经热处理后获得高的硬度。 滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的成为外循环（如图b），始终与丝杠保持接触的成为内循环（如图a）。 (a) 内循环（b）外循环 (1)外循环外循环是常用的一种外循环方式。这种结构是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。再在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孔。另外，在螺母内进出口处各装一挡珠器，并在螺母外表面装一套筒，这样构成封闭的循环滚道。外循环结构制造工艺简单，使用较广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。 (2)内循环内循环均采用反向器实现滚珠循环，数控机床反向器有两种型式。圆柱凸键反向器，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽。反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键定位，以保证对准螺纹滚道方问。扁圆镶块反向器，反向器为一半圆头平键形镶块，镶块嵌入螺母的切槽中，其端部开有反向槽。两种反向器比较，后者尺寸较小，从而减小了螺母的栏手向尺寸及缩短了轴向尺寸。
xxxx大学 题目：《滚珠丝杠结构设计》 学院：职业技术教育学院 专业：机械工程 班级：机械Z125班 学号： 姓名： 指导教师： 2015年1月14日
摘要：螺旋传动是应用非常广泛的机械传动之一，最常见的一种是滑动螺旋传动。但是，由于滑动螺旋传动的接触螺旋面间存在着比较大的滑动摩擦阻力，故其传动效率低、磨损快、使用寿命短，已不能完全适应现代机械传动在高速度、高效率、高精度等方面的发展要求。 为了减小丝杠传动副的摩擦和提高传动效率，国内外已普遍采用以滚动摩擦代替滑动摩擦原理，简称“滚化”原理，创造了滚珠丝杠副这种先进的新型传动机构。 对于滚珠丝杠副，其结构上的明显特征是： 构件间的可动连接通常不是借助于运动副本身，而是在丝杠和螺母两构件之间利用中间元件（滚珠）来实现的。滚珠丝杠副是在丝杠与螺母旋合螺旋槽之间放置适量滚珠作为中间传动体，借助滚珠返回通道，构成滚珠在闭合回路中循环的螺旋传动机构。如图：1-1 图：1-1 根据课题要求，我们对滚珠丝杠进行了以下设计： 有效导程1000，丝杠直径50mm
滚珠丝杠结构设计说明书 一、滚珠丝杠的预拉伸结构设计 丝杠又称丝杆．它是机械传动上最常使用的传动元件．其主要功能是将旋转运动转换成直线运动．既可以使用较小的转矩得到很大的推力，又可以作为减速装置，得到很大的减速比；也有将直线运动变成旋转运动的。丝杠作为高精度的动力驱动装置，应用越来越广泛。采用丝杠两端固定的安装方式，需要作预拉伸处理。目的是减小丝杠工作中因热膨胀、自重引起的弹性变形从而加大导程，影响传动比和传动精度。对要求精密的传动丝杠，需要热膨胀补偿。而丝杠预拉伸就是常用的补偿方式。 在丝杠制造时，使丝杠螺纹部分的长度小于公称长度一个预拉伸量，预拉伸量略大于热膨胀量。装配时，通过一定拉伸结构，将丝杠拉长一个预拉伸量，使丝杠螺纹部分达到公称长度。工作时，热膨胀量抵消部分预拉伸量，丝杠拉应力下降，但长度不变。从而保证螺距精度不受热膨胀的影响。 二、丝杠两端采用双螺母防松设计 依其可靠性和拆装的方便，在机械装备中的螺栓联接多采用双螺母防松。众所周知，螺栓联接采用双螺母防松与单螺母防松的原理是一致的，即“自锁”所不同之处在于双螺母防松效果远高于单螺母防松。究其原因是２个对顶螺母拧紧后，在２个螺母与螺栓组成的螺纹副中螺牙侧面受到的轴线方向的压力方向相反，从而当外力使螺纹副中螺牙上的压力减少成为不可能。外力使一方压力减少，而另一方压力必然上升，从而保证了在螺纹副中螺牙上的总压力不变，也即防松总阻力矩不变。“自锁”会得以保证。 圆螺母用止动垫圈又称止退垫圈，俗名王八垫，是一种防止圆螺母松动的垫圈。，垫圈和圆螺母配套使用，使用时垫圈装在螺母开槽的那一侧，紧固后将内外止动耳折弯放到槽里。圆螺母紧固后，分别将内外耳朵扳成轴向，分别卡在轴上的键槽和圆螺母的开口处，这样，圆螺母就不会由于轴的转动而松脱。 三、丝杠螺母副的选择 根据一、二两点的设计及课题要求的滚珠丝杠有效导程1000，丝杠直径50mm，选择的丝杠螺母副的型号：HJG-S FYND 5010-3 。
滚珠丝杆螺母副工作原理 滚珠丝杆螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常用的传动装置。它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能。 1.组成及工作原理： ·组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成。 ·工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。 2．特点： ·传动效率高：机械效率可高达92%~98%。 ·摩擦力小：主要是用滚珠的滚动代替了普通丝杆螺母副的滑动。 ·轴向间隙可消除：也是由于滚珠的作用，提高了系统的刚性。经预紧后可消除间隙。 ·使用寿命长、制造成本高：主要采用优质合金材料，表面经热处理后获得高的硬度。 3．滚珠丝杆螺母副的消隙 ·双螺母垫片调隙：
滚珠丝杆螺母副采用双螺母结构（类似于齿轮副中的双薄片齿轮结构）。通过改变垫片的厚度使螺母产生轴向位移，从而使两个螺母分别与丝杆的两侧面贴合。当工作台反向时，由于消除了侧隙，工作台会跟随CNC的运动指令反向而不会出现滞后。 ·双螺母螺纹调隙：
图示为利用两个锁紧螺母调整预紧力的结构。两个工作螺母以平键与外套相联，其中右边的一个螺母外伸部分有螺纹。当两个锁紧螺母转动时，正是由于平键限制了工作螺母的转动，才使得带外螺纹的工作螺母能相对于锁紧螺母轴向移动。间隙调整好后，对拧两锁紧螺母即可。结构紧凑，工作可靠，应用较广。 ·双螺母齿差调隙： 在两个工作螺母的凸缘上分别切出齿数为Z 1、Z 2的齿轮，且Z 1、Z 2相差一个齿，即： 112=?Z Z 两个齿轮分别与两端相应的内齿圈相啮合，内齿圈紧固在螺母座上。 设其中的一个螺母Z 1转过一个齿时，丝杆的轴向移动量为为S 1，则有： 11:1:S T Z = 则11Z T S = 如果两个齿轮同方向各转过一个齿，则丝杆的轴向位移为： 212121Z Z T Z T Z T S S S =?=?=Δ 例：当Z 1=99，Z 2=100时，m S μ1≈Δ。可以达到很高的调整精度。 4．滚珠丝杆螺母副的安装 滚珠丝杆螺母副所承受的主要是轴向载荷。它的径向载荷主要是卧式丝杆的自重。安装时，要保证螺母座的孔与工作螺母之间的良好配合，并保证孔与端面的垂直度等。这时主要是根据载荷的大小和方向选择轴承。另外安装和配置的形式还与丝杆的长短有关，当丝杆较长时，采用两支撑结构；当丝杆较短时，采用单支撑结构。
数控滑台进给用滚珠丝杠副的设计计算: 横向与纵向滑台的总重量 W 1=3000N 立柱最大重量W 2 =5000N 工作台最 大行程 L K =1000mm 工作台导轨的摩擦系数:动摩擦系数μ=0.1 静摩擦 系数μ 0=0.2 快速进给速度 V max =8m/min 定位精度20 μm/300mm 全行程25μm重复定位精度10μm要求寿命20000小时(两班制工作十年)。 1)确定滚珠丝杠副的导程 因伺服电机与丝杠直联，i=1 由表1查得 V m ax =8m/min n m ax =1440r/min 代入得，
P h ≈5.56mm 由于计算出的P h 值应取较大值圆整，因此 P h =6mm 2）确定当量转速与当量载荷 （1）各种切削方式下，丝杠转速 由表1查得 V 1=0.6 V 2 =0.8 V 3 =1 V 4 =8 代入得 n 1=100 n 2 =133 n3=167 n 4 =1333 （1）各种切削方式下，丝杠轴向载荷 由表1查得 已知W 1=3000N W 2 =5000N
代入得 （3）当量转速 由表1查得 代入得 ≈267r/min n m （2）当量载荷 代入得 F =1380N m 3）预期额定动载荷 （1）按预期工作时间估算
按表9查得：轻微冲击取 f =1.3 w 按表7查得：1～3取 =0.44 按表8查得：可靠性97%取f c =20000小时 已知：L h 代入得 C =27899N m 计算：（2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载F max =4.5 按表10查得：中预载取 F e 代入得 取以上两种结果的最大值 =27899N C m 4）确定允许的最小螺纹底径 （1）估算丝杠允许的最大轴向变形量 ① ≤（1/3～1/4）重复定位精度 ② ≤（1/4～1/5）定位精度 : 最大轴向变形量μm
1滚珠丝杠副的载荷计算 ⑴工作载荷F 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 用力的实验公式计算： 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 对于滚动导轨机床 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; V—移动部件的重量，N; M—主轴上的扭矩，N- m dz—主轴直径, mm 表 1 f'—导轨摩擦系数；f —轴套和轴架以及主轴的键的摩擦系数；k—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数值。 (2)最小载荷Fmin 最小载荷F?min为数控机床空载时作用于滚珠丝杠的轴向载荷。此时， Fx=Fy=Fz=Q (3)最大工作载荷F?max 最大载荷F?max为机床承受最大切削力时作用于滚珠丝杠的轴向载荷。
(4)平均工作载荷Fm与平均转速nm 当机床工作载荷随时间变化且此间转速不同时， 式中：1,t2,…，tn分别为滚珠丝杠在转速n1,n2,…，nn下，所受轴向载荷分别是F1,F2,…, Fn 时的工作时间(min) 当工作载荷与转速接近正比变化且各种转速使用机会均等时，可用下式求得Fm和nm Fm=(2Fmax+Fmin y 3(8) nm=(nm ax+nmin)/2(9) 2滚珠丝杠副主要技术参数的确定 (1)导程Ph 根据机床传动要求，负载大小和传动效率等因素综合考虑确定。一般选择时，先按机床传 动要求确定，其公式为：Ph> vmax/nm ax(10) 式中：vmax—机床工作台最快进给速度， mm/mir; nmax-驱动电机最高转速，r/min。在满足控制系统分辨率要求的前提下，Ph应取较大的数值。 (2)螺母选择 由于数控机床对滚珠丝杠副的刚度有较高要求，故选择螺母时要注重其刚度的保证。推荐按高刚度要求选择预载的螺母型式。其中插管式外循环的端法兰双螺母应用最为广泛。它适用重载荷传动、高速驱动及精密定位系统。并在大导程、小导程和多头螺纹中具有独特优点，且较为经济。 ①滚珠的工作圈数i和列数j。根据所要求性能、工作寿命，推荐按表 2选取。 表2 ②法兰形状。按安装空间由标准形状选择，亦可根据需要制成特殊法兰形状。 (3)导程精度选择 根据机床定位精度，确定滚珠丝杠副导程的精度等级。一般情况下，推荐按下式估算: 式中：E――累计代表导程偏差，卩m;
丝杠螺母机构的选择与计算 5.2.1 确定滚珠丝杠副的导程 滚珠丝杠副的导程按下式计算： (5-1) 式中 h P —滚珠丝杠副的导程，（mm ）； Vmax —工作台最高移动速度，（min /m ）； max n —电机最高转速，（min /r ）； 由进给系统设计要求知： Vmax=2.5min /m 查阅《机械设计手册》[13]得： 步进电机110BF003的最高转速n max =500min /r 。 将数值代入上式(5-1)可得：P h ≥5mm 。 故取P h =S=6mm 。 5.2.2 强度计算 动载强度计算 1）对于燕尾型导轨的牵引力计算 F m =KF X +f(F z +2F Y +G) (5-2) 取 K=1.4 f=0.2 考虑工作台在移动过程中只受G 影响 故 F 1m =fG (5-3) =0.2×30×9.8 =58.8(N ) 考虑工作台在加工时静止只受F X 影响 故 F 2m = KF X (5-4) =1.4×9.8×130 max max n V P h
=1783.6(N ) 故F m = F 1m ＋ F 2m =58.8N ＋1783.6N =1842.4N 2）.计算最大动载荷 C 当转速 min 10r n ≥时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲 劳点蚀，因此要进行动载强度计算，其计算动载荷)(N c C 应小于或等于滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，即 r eq H d c F F f f T C ≤=3' (5-5) 式中 d f —动载荷系数； H f —硬度影响系数； eq F —当量动载荷，N ； r F —滚珠丝杠螺母副的额定动载荷，N ； 'T —寿命，以r 610为一个单位。 (5-6) 式中 T —使用寿命，h ； N —循环次数； eq n —滚珠丝杠的当量转速，min r 。 取 T=15000h min 667.4166 1000 5.2max r s v n eq =?== (5-7) 代入数据可得： 取2.1=d f 取f H =1.0 当工作载荷单调连续或周期性单调连续变化时，则 N T n T eq 661010 60'-==
目录 一成绩评定表………………………………………………………………………二课程设计任务书………………………………………………………………三前言……………………………………………………………………………………四滚珠丝杠螺母副的设计……………………………………………………五轴承选择……………………………………………………………………………六电机选择……………………………………………………………………………七设计总结……………………………………………………………………………八参考文献……………………………………………………………………………
成绩评定表 学生姓名李洋班级学号1001012116 专业机械设计制 造及其自动 化课程设计题目数控车床伺服进给系统 结构与控制设计（8） 评 语 组长签字： 成绩 日期201 年月日
课程设计任务书 学院机械学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名李洋班级学号1001012116 课程设计题目数控车床伺服进给系统结构与控制设计（8） 实践教学要求与任务: 1、设计内容 （1）运动设计：确定最佳传动比，计算选择滚珠丝杠螺母副、伺服电动机、导轨及丝杠的支承； （2）结构设计：完成进给系统装配图设计（0#图1张）； （3）验算：完成系统刚度计算，验算定位误差等； （4）设计单片机控制交流电机变频调速的原理图（多速开关）； （5）按照加速-匀速1-减速-匀速2-减速停的速度曲线，设计单片机控制程序； （6）撰写设计计算说明书。 2、主要技术参数： X轴：进给行程 400 mm；进给速度 1-6000mm/min，快移速度 10m/min,；最大进给力：5500 N；定位精度:0.012mm/300mm, 定位精度:0.006mm，横向滑板上刀架重量： 80 Kg。 工作计划与进度安排:（共2周） （1）集中讲授设计内容、步骤及要求，下发设计题目及任务书，理解题目要求，查阅资料，确定结构设计方案（第16周的周一～周二） （2）指导学生进行设计计算及确定设计方案、装配图结构设计（第16周的周三～周五） （3）结构部分说明书撰写及答辩验收（第16周的周六～第17周的周一上午）（4）控制方案确定及原理图设计、控制程序设计（第17周的周一下午～周四）（5）控制部分说明书撰写及答辩验收（第17周的周四～周五） 指导教师： 201 年月日专业负责人： 201 年月日 学院教学副院长： 201 年月日
Δ3 一、进给传动部件的计算和选型 进给传动部件的计算和选型主要包括:确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、计算减速器、选择步进电机等。 1、脉冲当量的确定 根据设计任务的要求，X方向的脉冲当量为δx=0.005mm/脉冲，Z 方向为δz=0.01mm/脉冲。 2、切削力的计算 切削力的分析和计算过程如下： 设工件材料为碳素结构钢，σb=650Mpa；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角κr=60°，前角γo=10°，刃倾角λs=-5°；切削用量为：背吃刀量a p=3mm，进给量f=0.6mm/r，切削速度vc=105m/min。 查表得：C Fc=2795，x Fc=1.0，y Fc=0.75，n Fc=-0.15。 =0.94；刃倾角、前角和刀尖圆查表得：主偏角κr的修正系数k κrFc 弧半径的修正系数均为1.0。 由经验公式（3—2）,算得主切削力F c=2673.4N。由经验公式F c：F f： F p=1：0.35：0.4，算得进给切削力F f=935.69N，背向力F p=1069.36N。 3、滚珠丝杠螺母副的计算和选型 （1）工作载荷F m的计算 已知移动部件总重G=1300N；车削力F c=2673.4N，F p=1069.36N，F f=935.69N。根据F z=F c，F y=F p，F x=F f的对应关系，可得：F z=2673.4N，F y=1069.36N，F x=935.69N。 选用矩形—三角形组合滑动导轨，查表，取K=1.15，μ=0.16，代入F m=KF x+μ（F z+G），得工作载荷F m=1712N。 （2）最大动载荷F Q的计算 设本车床Z向在最大切削力条件下最快的进给速度v=0.8m/min，初选丝杠基本导程P h=6mm，则此时丝杠转速n=1000v/P h=133r/min。取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入L0=60nT/106，得丝杠系数
滚珠丝杠选型和电机 选型计算
1.滚珠丝杠及电机选型计算 1.1 确定滚珠丝杠副的导程 根据电机额定转速和X 向滑板最大速度，计算丝杠导程。X 向运动的驱动电机选择松下MDMA152P1V ，电机最高转速为4500rpm 。电机与滚珠丝杆通过联轴器连接，传动比为0.99。X 向最大运动速度24m/min ，即 24000mm/min 。则丝杠导程为 max max 24000/ 5.390.994500 h P V i n =?=≈? 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： 000.0065009.84549.4F M g f N μ=??+=??+?= 式中： M ——工件及工作台质量， M 为500kg 。 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： max min 60/6024/10144h n n v P rpm ≈=?=?= max min 049.4F F F N ≈≈= 滚珠丝杠副的当量载荷： max min 0249.43 m F F F F N +=≈= 滚珠丝杠副的当量转速：
max min 1443 m n n n rpm += = 1.3 滚珠丝杠副预期额定动载荷 1.3.1按滚珠丝杠副的预期工作时间计算： 49.41253.0310010011 m w am a c F f C N f f ?===?? 式中： m n ——当量转速，max min 1443 m n n n rpm +== h L ——预期工作时间，测试机床选择15000小时 w f ——负荷系数，平稳无冲击选择w f =1 a f ——精度系数，2级精度选择a f =1 c f ——可靠性系数，一般选择c f =1 1.3.2 按滚珠丝杠副的预期运行距离计算： 49.416784.0411m w am a c F f C N f f ?===? 式中： s L ——预期运行距离，一般选择32410s L m =? 1.3.3 按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算： max 6.749.4303.98am C f F N ε==?= 式中： e f ——预加负荷系数，轻预载时，选择e f =6.7 max F ——丝杠副最大载荷 1.4 估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量δm ()?≤4/1~1m δ重复定位精度 X 向运动的重复定位精度要求为0.03mm ，则
螺纹中径d2≥0.8×(66.43×103/2/20) 1／2=32mm， 故本滑动螺旋的规格取Tr65×12，螺母高度132mm，螺旋升角λ为3°42′，小于自锁条件角4°30′，自锁可靠，当电机的电磁制动失效时也能稳定地保持荷重。 2.4.5进行如下强度校核： a．丝杠的耐磨性计算 根据耐磨性计算公式：P=F/πd2H1n 已知式中d2=59 H1=0.5p=0.5X12=6 n=H/p=132/12=11 F=66430N 因此P=66430/π/59/6/11=5.4N/mm2 已知钢对铜的许用压强Pp为18~25 N/mm2 可见P＜Pp，丝杠螺纹强度足够 b．螺母的强度计算 根据剪切强度公式：τ= F/πD4bn 已知式中D4=66 b=0.65p=0.65X12=7.8 n=H/p=132/12=11 F=66430N 因此τ=66430/π/ 66 / 7.8 / 11=3.4N/mm2 根据弯曲强度公式：σb=3 FH1/πD4b2n 因此σb=3×66430×6/π/66/7.82 /11=8.5 N/mm2 由螺母的材料取τp=35 N/mm2 σbp=50 N/mm2 可见τ＜τp σb＜σbp ，螺母螺纹强度足够 c. 丝杠螺纹的拉伸强度计算： 丝杠螺纹小径为d=52mm， 根据拉伸强度计算公式：σbp=4F/πd2F=66430N
那么σbp=4×66430/π×522=31.2MPa远小于[σb]=630 MPa 可见丝杠的拉伸强度满足使用要求。 d. 丝杠轴端的焊接扭转强度计算： 选用下表牌号焊条焊接 根据减速电机对丝杠的输出转矩Ma=725Nm计算 由公式τ=4M（R+a）/π［（R+a）4- R4］ 其中R=65/2=32.5、a=4.6 则τ=4×725×103×(32.5+4.6）/π［（32.5+4.6）4- 32.54］=44 MPa ［τ］=167 MPa 可见τ＜［τ］ 结论：丝杠、螺母的设计完全满足转向架架车机的负荷要求。
滚珠丝杠螺母副的工作原理 滚珠丝杠螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常用的传动装置。它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能。 组成及工作原理： 滚珠丝杠螺母副的结构原理图 ·组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成。 ·工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。 特点： ·传动效率高：机械效率可高达92%~98%。 ·摩擦力小：主要是用滚珠的滚动代替了普通丝杆螺母副的滑动。 ·轴向间隙可消除：也是由于滚珠的作用，提高了系统的刚性。经预紧后可消除间隙。·使用寿命长、制造成本高：主要采用优质合金材料，表面经热处理后获得高的硬度。 滚珠丝杆螺母副的消隙 ·双螺母垫片调隙： 修磨垫片厚度消隙
滚珠丝杆螺母副采用双螺母结构（类似于齿轮副中的双薄片齿轮结构）。通过改变垫片的厚度使螺母产生轴向位移，从而使两个螺母分别与丝杆的两侧面贴合。当工作台反向时，由于消除了侧隙，工作台会跟随CNC的运动指令反向而不会出现滞后。 ·双螺母螺纹调隙： 用锁紧螺母消隙 差齿式调整法 图示为利用两个锁紧螺母调整预紧力的结构。两个工作螺母以平键与外套相联，其中右边的一个螺母外伸部分有螺纹。当两个锁紧螺母转动时，正是由于平键限制了工作螺母的转动，才使得带外螺纹的工作螺母能相对于锁紧螺母轴向移动。间隙调整好后，对拧两锁紧螺母即可。结构紧凑，工作可靠，应用较广。 ·双螺母齿差调隙： 两个工作螺母的凸缘上分别切出齿数为Z1、Z2的齿轮，且Z1、Z2相差一个齿，即：Z2-Z1=1，两个齿轮分别与两端相应的内齿圈相啮合，内齿圈紧固在螺母座上。 设其中的一个螺母Z1转过一个齿时，丝杆的轴向移动量为S1，则有： Z1:1=T:S1 则S1=T/Z1 如果两个齿轮同方向各转过一个齿，则丝杆的轴向位移为：ΔS=S1-S2=T/Z1-T/Z2=T/Z1Z2 例：当Z1=99，Z2=100时，ΔS≈1μ。可以达到很高的调整精度。 滚珠丝杆螺母副的安装