CNC車床滾珠絲杠系統設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u12010CNC車床滾珠絲杠系統設計案例 1151821.1機與絲杠之間的連接 1189051.2滾珠絲杠螺母副 265991.3滾珠循環形式 2131221.3.1調整滾珠絲桿螺母副的軸向間隙 259371.3.2滾珠絲杠的支承方式 3137471.4滾珠絲杠螺母副的選型和設計 366371.5步進電機的計算和選型 4通常來講，數控車床進給傳動的系統，進給運動的位置及速度需要被同時進行控制，不僅如此，數控車床的進給系統，針對傳統的車床而言，需要擁有準確的定位精度和優良的動態響應這兩個特性。由閉環控制的進給系統通常由位置比較放大部件、機械傳動部件以及驅動部件三個部分組成，值得注意的是，機械傳動部件是指把回轉運動轉化為直線運動的一個機械傳動鏈。在設計機械結構時，要求要盡量減少摩擦力，減少運動的慣量提高剛度和精度，這樣做是為了進給系統的傳動精度有所保障。為了達到以上要求，CNC車床通常選擇的傳動副摩擦較低，比如可以采用靜壓導軌滾珠絲杠及減摩導軌。除此以外，還要選用恰當的降速比，使得系統轉換到驅動軸上的慣量變小。最后還要使傳動元件精度有所保障，可以選擇恰當的預緊或者支撐狀態用于增強系統剛度。1.1機與絲杠之間的連接步進電機、交、直流伺服電機分別是一種能夠滿足進給式驅動的幾種電機。cnc車床對于進給式驅動器對響應時間和調速層次,位置精度都是有所限制的。直流伺服電機如今已經是一種主流趨勢,交流伺服電機也逐漸運用到了實際工作中,是未來理想的步進式驅動電機,而步進式伺服電機通常被應用在各種經濟型車床中。(1)包含齒輪傳動的進給運動:齒輪傳動副常被應用于數控車床的進給設備里,以便能夠達到指定的減速比,因為在齒輪再制造過程中由于誤差,所以制造出來的齒輪表面不一定是完美的,需要有一個齒側的間隙使它能夠正常工作。（2）由同步帶輪傳遞的進給運動：裝備同步帶輪的進行傳遞的進給系統，這種結構結構清晰、價格合理并綜合帶傳動和鏈傳動的特征，可以有效避免振動和響聲，缺點是使用場合有所限制，安裝中心距的標準要求嚴格，同步帶輪工藝難度高。(3)電動機通過聯軸器直接與絲打相連:這樣可以使機械結構更加簡單，并且傳動系統有可靠的剛度和精度。我在工廠實習的時候，一些自動化設備大都采用這種設計。1.2滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副現在被大量運用在機床上，其外形結構是把滾珠安裝在絲杠螺母來將摩擦縮小。通過改部件使直線運動之間能夠互相轉換。1.3滾珠循環形式(1)內部功能循環。即經過滾珠螺母上的一個滾珠反向器與相近一個滾道軸的連接,滾珠就轉變成了一個單獨的圈環。滾道的滾珠流入反向器中,在反向器的作用下,讓滾珠進到鄰邊的滾道中,從而形成回路。一般只有2~4個反向器都是平均分布在螺母外圓上,像這樣的優點是剛度高,受到摩擦力小,結構緊湊。但是反向器加工工藝要求高。(2)外循環,循環完成之后,滾珠由一個插管返回到一個絲杠或經由螺母外部的槽再次開始另一遍重復。圖3-4a插入式管道形式就是一種利用彎曲式管道進行返回的管道,它的結構性能好,但是管道尺寸會比螺母體大。螺旋槽式的外循環,它比上一種徑向尺寸小。1.3.1調整滾珠絲桿螺母副的軸向間隙對于滾珠絲杠而言，軸向間隙的存在會阻礙保障絲桿剛度和傳動的精度，所以必須消除。具體方法是運用雙螺母的相對軸向間的移動，讓管道上相反的側面能被滾珠緊緊貼住。但是要謹記預緊力不能夠太大，否則空載力矩會大大的增高，讓滾珠絲杠壽命縮短，效率也會降低。初次之外，絲杠安裝和驅動部分縫隙也要被清除。以下方法經常被用來消除間隙：用墊片調整間隙。讓墊片厚度變化，使兩邊螺母不可以做相反方向的轉動，只會有軸向的移動，這樣做就能消除間隙。這樣的調整方式，剛度高，形式較為簡單。在操作時得取下調整墊圈修整，當流道被磨損時，不可以進行消除間隙的操作。空氣調隙型。絲杠的兩個螺母被連接到了外套上的和平鍵,螺母座上的運動被和平鍵所限制。處理間隙時,只需要旋轉一下圓螺母即可,這樣還能對其有一定預緊力,接下來鎖緊螺母。此方式具有操作方硬、可靠性高的優點,但是缺點也同樣存在,就是預緊不穩。采用齒差型和可調隙模。兩邊的嚙合螺母外部和邊緣都分別裝備了一個方形圓柱外嚙合齒輪,和兩邊的內部嚙合齒圈(每個嚙合牙齒的齒圈數量分別單位是z,z)互相連接嚙合了統一起來,在進行操作時,把兩個嚙合螺母都同時轉動以達到一個嚙合牙齒的一定距離,在這之前需先將內齒圈拿出,接下來的操作是把內齒圈弄回原來的位置,則螺母間的距離就發生變化了。此方式操作便捷,可靠性高,預緊能夠被準確地調整,缺點是尺寸太大。能夠使用的場合有限。1.3.2滾珠絲杠的支承方式CNC車床動力系統除了增加滾珠絲杠螺母副剛度來讓其有更好的傳動剛度外滾珠絲杠的支撐結構剛度也要被合理安排。系統傳動的剛度將會被以下因素影響螺母座的不精確性及絲杠端部軸承的不精確性會在被受到外力擠壓后嚴重改變形狀。滾珠絲杠常見的支撐結構:(1)絲杠是指在一端安裝有可以防止推動的軸承,其剛度低且支承能力不是很好,通常用在短絲杠上,例如升降式CNC車床的垂直坐標。(2)這種方式通常為了減少絲杠升溫帶來的不利影響,熱源不應靠近止推軸承。(3)滾珠絲杠兩邊所安裝的都是一個止推軸承,并將預緊力作用在上面,就可以增加剛度。這種方法的缺點是熱伸長反應較強。1.4滾珠絲杠螺母副的選型和設計通常我們需要為了設計一種摩擦力相對較低,慣量相對較小,精度相對較高的進給系統,而且進給絲杠和引線導軌的精度可以直接決定整個進給系統的傳動精度。因為此次設計的脈沖車床屬于小型機,加工對精度的要求不高所以脈沖當量應當選擇0.01mm為脈沖當量數值,并采用開環控制系統作為車床類型。1.4.1滾珠絲杠的選型將內循環、雙螺母墊片預緊結構初步設定為滾珠絲杠類型。型號為SFU1605-4。1.5步進電機的計算和選型（1）計算步進電機負載數字1、將工作臺質量與絲杠轉動慣量進行折算，得到：J=1.16x10-6(kg·m2)其中，P代表絲杠螺距數值，單位mm；M代表工作臺（含部件）的重量。2、將絲杠與驅動電機軸兩者的旋轉慣量相乘進行計算，得J=0.748x10-4kg·m2（2）電動機負載轉矩的計算由于電機得負載力矩大于其負載力矩，因此在進行計算時可以采用快速空載狀態下開啟電機時所需要得力矩數值進行計算：M=Mаmax+Mf+M0其中，Mаm