数控车床滚珠丝杠副的研究设计
滚珠丝杠副可靠性试验台的研制开发
０ 引 言
随着 高档 数控 机 床 与 基 础装 备 制 造 业 的快 速 发 展， 对 与之 配套 的功 能 部件 提 出 了越 来 越 高 的要 求 。 滚珠 丝杠副作 为数控 机 床 的关键 功能部 件 ， 其性 能 优 劣在 很大 程 度上 影 响 了数 控 机床 的发 展 。近 年 来 国内围绕滚珠 丝杠 副进 行过 大量 研 究试 验 ， 对影 响 滚 珠丝 杠副 的摩擦 力矩 、 温度 、 噪声等方 面都进行 了深 入 的研究 与探讨 ， 但 在滚珠丝杠 副精度 保持性 、 可 靠性试
并对 所测 数据 进行 实 时显示 与处 理 。 试验 台结 构 如 图 １所 示 ， 试 验 台采 用 伺 服 电机
作 为主 驱动 ， 磁粉 制 动器 提 供 加载 力 ， 其 输 出轴 通 过 钢缆 与工 作 台 刚 性 连 接 ， 模 拟 实 际 环 境 中螺 母 座 所 受轴 向力 。滚 珠 丝 杠 副 两 端 用 轴 承座 固定 ， 并 对 丝 杠进 行 预拉伸 。
摘要 ： 介 绍 了滚珠 丝杠 副 可靠性 试 验 台的 系统 设 计 ， 并提 出了相 应 的 可靠 性试 验 方 法。该 试 验 台可 以全 面测 试 滚珠 丝杠 副 可靠 性 试 验 中的各 项性 能参 数 ， 对 滚 珠 丝 杠 副疲 劳寿 命 及 性 能 进 行 准 确 评 估， 为滚珠 丝 杠 副可靠 性试 验体 系与规 范 的建立提 供依 据 。 关键 词 ： 滚珠 丝杠 副 ； 可 靠性试 验 台 ； 疲 劳寿命
文章 编号 ： １ ０ ０ １— ２ ２ ６ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０— ０ １ ３ ５—０ ２
滚珠丝杠设计步进电机选型机床设计
摘要本文主要致力于发动机缸盖气门导管压装设备进给系统设计，并根据所学专业知识，进行发动机缸盖气门导管压装工艺分析和工艺设计，主要完成了压装设备进给系统设计，气门导杆压装工艺分析与设计，参与压装装备总体设计，完成外文资料翻译。
根据压装的要求本文提出了四种方案并进行了简单比较，最后选中其中一种，并进行具体设计，本文主要介绍数控十字滑台的设计方法，并完成了机床的总体设计和装配，机床主要针对发动机气门导管的压装工作，并有一定的柔性，可以在简单编程和修改程序的基础上适应不同的导管压装工作，本文也从事机床主体的相关工作，并对软件控制方面提出具体要求。
通过完成载荷计算，导轨选型，滚珠丝杠选型，步进电机选型以及十字滑台结构设计，最后设计的压装机床的进给部分确定下来，具有很好的可行性。
关键词：十字滑台；滚珠丝杠；滑动导轨；步进电机。
1 绪论为实现发动机缸盖气门导管的压装工作，现要设计制造一台专用机床，以高效的方式完成气门导管的压装工作。
发动机缸盖气门导杆压装设备进给系统设计，下称进给系统。
分析发动机缸盖资料可知在一个缸盖上有四个导杆需要压装，发动机气门导杆有很重要的作用，气门导杆是与气缸盖压配在一起，是汽车发动机气门的导向装置，主要是对气门起导向作用，同时使气门杆上的热量经气门导管传给汽缸盖。
毕业设计主要内容是根据所学专业知识，分小组进行发动机缸盖气门导杆压装工艺分析和工艺设计，主要完成压装设备进给系统设计。
气门导杆压装工艺分析与设计，参与压装装备总体设计，进给系统设计，外文资料翻译，并最后完成设计说明书。
根据图纸要求和有关数据可以选择液压滑台进给系统和数控十字滑台，另外还有手动进给系统。
进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象，要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度，并能精确地进行位置控制。
具体要求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。
该毕业设计的目的就是要设计一套进给系统从而完成相应四个位置的气门导杆的压装工作并使压装后的气门导杆满足一定的位置要求。
关于滚珠丝杠副可靠性的研究综述
第６期(总第２１７期)２０１９年１２月机械工程与自动化M E C HA N I C A L ㊀E N G I N E E R I N G㊀&㊀A U T OMA T I O NN o ．６D e c ．文章编号:１６７２Ｇ６４１３(２０１９)０６Ｇ０２２５Ｇ０２关于滚珠丝杠副可靠性的研究综述郭晓琳,邢鹏飞(东北大学冶金学院,辽宁㊀沈阳㊀１１００００)摘要:滚珠丝杠进给系统的可靠性和定位准确性直接决定了高端装备的效率与定位精度.综述了学术界对滚珠丝杠副在静力学㊁运动学㊁动力学以及结合部位等领域的研究进展,指出了现阶段对于滚珠丝杠副的理论研究不够深入,为今后滚珠丝杠副的可靠性研究提供参考.关键词:滚珠丝杠副;可靠性;定位准确性中图分类号:T H １３２㊀㊀㊀文献标识码:A收稿日期:２０１９Ｇ０７Ｇ１９;修订日期:２０１９Ｇ１０Ｇ１５作者简介:郭晓琳(１９９６Ｇ),女,山东东平人,在读硕士研究生,研究方向:材料失效与防护.０㊀引言滚珠丝杠副的基本结构主要由螺母㊁丝杆㊁滚道及滚动体等组成[１].滚珠丝杠副的主要失效形式为表面损伤失效㊁预紧失效㊁滚道剥落㊁严重变形㊁断裂失效㊁卡死等.近十年来,国内外对滚珠丝杠副的动力学特性进行了大量研究,促进了进给系统的快速发展.鉴于滚珠丝杠副工况和环境的复杂性,对其的理论研究和实验研究仍比较薄弱,因此急需对滚珠丝杠副开展大量的研究工作.滚珠丝杠进给系统的可靠性和定位准确性直接决定了高端装备的效率与定位精度,学术界日益重视对滚珠丝杠可靠性和定位准确性的研究与实践.近年来,学术界对滚珠丝杠的研究在静力学㊁运动学㊁动力学和结合部位等领域均取得了可观的进展.１㊀静力学研究滚珠丝杠副的静力学分析与轴承的静力学分析十分相似,基于H e r t z 接触理论,分析滚珠与丝杠滚道的接触特性及各结构参数对接触特性㊁定位精度㊁载荷分布的影响.B e l ya e vV G 等[２]把轴承的静力学模型应用到滚珠丝杠副的静力学分析中,提出了滚珠丝杠副间隙及接触角的计算公式.T a k a f u j iK 等[３]对滚珠丝杠副的接触变形进行了研究,给出了轴向位移变形的理论模型,求得预紧力下双螺母滚珠丝杠轴和螺母的轴向变形尺寸并通过实验进行验证.D a d a l a uA 等[４]提出一个通过建立滚珠丝杠副的参数化有限元模型,可以准确而又有效地求解不同尺寸规格滚珠丝杠副刚度的方法.程光仁等[５]对滚珠丝杠副进行了系统的介绍,其中包括对其接触变形的研究.２㊀运动学分析滚珠丝杠副的静力学分析没有考虑进给系统高速运转时接触角㊁接触变形和滑滚比等传动参数随时间变化的情况.基于滚道控制理论,Y o s h i d aT 等[６]提出了分析滚珠运动状态和载荷分布的方法,研究了不同尺寸和工况下的丝杠对滚珠运动状态的影响.H u J等[７]利用齐次变换矩阵建立了丝杠驱动机构的运动学模型,分析了滚珠与滚道接触点处的运动学特性和滑滚比.牟世刚等[８]通过考虑接触弹流润滑问题对滚珠丝杠副机构的运动学参数进行了研究.３㊀动力学研究３．１㊀固有特性研究固有特性研究包括计算系统的各阶固有频率㊁模态振型等,这是动力学分析需要首先解决的问题.众多学者通过对进给系统进行动力学建模,在系统频率㊁加速度㊁载荷㊁惯性力㊁扭转振动㊁刚度等方面对滚珠丝杠副进行了研究.Z h a n g H 等[９]考虑主轴箱组件的重力,对垂直方向布置的滚珠丝杠采用弹簧阻尼单元建立动力学模型并求解出系统的等效轴向刚度,分析了进给系统的固有频率和加速度传播方向的振动响应,相比于忽略重力影响情况,其值更接近于实际.Z h a n g J 等[１０]采用集中参数法建立滚珠丝杠进给系统的等效动力学模型,研究了高加速下滚珠丝杠副承受来自移动组件的大惯性力,会导致运动学关节接触状态的改变,从而导致接触刚度的变化,因此应改变滚珠丝杠的动态特性,研究表明加速度达到一定值时,关节接触刚度显示出突然变化,系统能达到的最大加速度可以通过螺母关节和轴承关节两个关键加速度临界值的较小值判定.G a l l i n aP [１１]通过一个二维模型对由螺杆和螺母组成的机械系统进行了振动分析,该模型表明可以通过更改系统的转动惯量来避免共振.３．２㊀动态响应研究过大的振动响应会显著影响滚珠丝杠副的定位精度,并产生大噪声,滚珠丝杠副主要应用于进给系统中.在对滚珠丝杠副的理论研究中,很多学者通过采用梁单元对丝杠进行建模,并将螺母和进给系统工作台等效为一个可以移动的质量单元.为了评估丝杠的剪切变形和转动惯量对进给系统动态特性的影响,丝杠用T i m o s h e n k o梁单元进行建模.D i m e n t b e r g FM[１２]最先对旋转梁的动力学建模进行了理论研究.L e eC W 等[１３]研究了匀速运转条件下且承受移动载荷的转轴的动力学特性,对转轴分别采用了瑞利梁㊁T i m o s h e n k o梁进行建模.在进给系统中,丝杠的振动会影响工作台的定位精度,所以丝杠的纵向振动和扭转振动是研究滚珠丝杠副运动精度不可忽略的影响因素.V i c e n t eD A等[１４]把丝杠当作一个连续子系统建模,通过里兹级数近似得到一个N自由度模型,然后解耦成N个单自由度系统求得模态坐标位移场表达式.３．３㊀结合部位的动力学特性在滚珠丝杠的建模方法中,研究者们主要研究的是整体系统的性能,而对于具体构件一般只考虑刚体之间的相对位移关系.结合部位的动态特性参数是影响动力学性能的关键因素,根据统计,设备振动问题有６０％以上源自结合部,所以,结合部的动态参数分析一直是国内外学术界的研究热点.C h e n JS等[１５]建立了５自由度模型来模拟滚珠丝杠副结合部,对结合部的轴向㊁径向以及转角刚度进行了研究.Z a e h M F等[１６]通过采用有限元法建立滚珠丝杠进给系统的力学模型来研究系统的刚度矩阵.蒋书运等[１７]研究了滚珠丝杠进给系统中直线导轨结合部的动态刚度,研究表明结合部的刚度对高阶固有频率有显著的影响.朱坚民等[１８]采用吉村允效法计算滚珠丝杠进给系统结合部的刚度,研究结果可为滚珠丝杠副的设计和参数优化提供理论依据.４㊀总结综上所述,虽然诸多学者侧重于不同的方面已经在静力学㊁动力学以及结合部位动力学等领域对滚珠丝杠副进行了研究,但部分领域的研究和分析还没有细致展开(与运动精度可靠性㊁灵敏度分析㊁结合部位动力学特性等有关的特性研究尚少),研究工作不够深入(动态刚度及运动精度㊁稳定性问题还没有完全搞清楚),没有形成系统规范的理论.鉴于滚珠丝杠副使用状况和环境的复杂性,仍然有必要考虑采用多因素的耦合来模拟实际工况,全面研究系统参数对滚珠丝杠副定位精度㊁稳定性和疲劳特性的影响,为滚珠丝杠副的设计和动态性能提升提供理论依据.参考文献:[１]㊀冯虎田．滚珠丝杠副动力学与设计基础[M]．北京:机械工业出版社,２０１５．[２]㊀B e l y a e vV G,K o g a n AI．E f f e c to f g e o m e t r i c a l e r r o r so nb a l lc o n t a c t a n g l e i n b a l lＧs c r e w t r a n s m i s s i o n s[J]．M a c h i n e s a n dT o o l i n g,１９７３(５):２５Ｇ２９．[３]㊀T a k a f u j iK,N a k a s h i m aK．S t i f f n e s so fab a l l s c r e w w i t hc o n s ide r a t i o no fd ef o r m a t i o no f t h es c r e w,n e t a n ds c r e wt h r e a d．P r e l o a d e d d o u b l e n u t[J]．J S M E I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l,１９９０,３３(４):６２０Ｇ６２６．[４]㊀D a d a l a uA,M o t t a h e d iM,G r o hK,e t a l．P a r a m e t r i cm o d e l i n g o f b a l ls c r e w s p i n d l e s[J]．P r o d u c t i o n E n g i n e e r i n g,２０１０,４(６):６２５Ｇ６３１．[５]㊀程光仁,施祖康,张超鹏．滚珠螺旋传动基础[M]．北京:机械工业出版社,１９８７．[６]㊀Y o s h i d a T,T o z a k i Y,M a t s u m o t o S．S t u d y o n l o a dd i s t r i b u t i o n a n d b a l l m o t i o n o f b a l l s c re w[J]．J a p a n e s e J o u r n a lo fT r i b o l o g y,２００３,４８(４):３８３Ｇ３９６．[７]㊀H uJ,W a n g M,Z a n T．T h e k i n e m a t i c s o f b a l lＧs c r e w m e c h a n i s m sv i at h es l i d eＧr o l lr a t i o[J]．M e c h a n i s m a n dM a c h i n eT h e o r y,２０１４,７９:１５８Ｇ１７２．[８]㊀M u S G,F e n g X Y．A n a l y s i s o f e l a s t o h y d r o d y n a m i c l u b r i c a t i o no fb a l ls c r e w w i t hr o t a t i n g n u t[J]．A p p l i e dM e c h a n i c s a n d M a t e r i a l s,２０１２,１２１:３１３２Ｇ３１３９．[９]㊀Z h a n g H,Z h a oW,Z h a n g J,e t a l．R e s e a r c h o n t h em o d e l i n g o fd y n a m i c s f o r ve r t i c a l a x i sb a l l s c r e wf e e ds y s t e m[C]//I E E EI n t e r n a t i o n a lS y m p o s i u m o n A s s e m b l y a n d M a n u f a c t u r i n g．[s．l．]:I E E E,２０１３:２０８Ｇ２１３．[１０]Z h a n g J,Z h a n g HJ,D uC,e t a l．R e s e a r c ho n t h ed y n a m i c s o fb a l l sc r e wf e ed s y s te m w i t hh i g ha c c e l e r a t i o n[J]．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a l o fM a c h i n eT o o l s&M a n u f a c t u r e,２０１６:９Ｇ１６．[１１]G a l l i n aP．V i b r a t i o n i ns c r e w j a c k m e c h a n i s m s:e x p e r i m e n t a l r e s u l t s[J]．J o u r n a l o fS o u n 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e r g J．F i n i t e e l e m e n tm o d e l l i n g o f b a l l s c r e w f e e d d r i v es y s t e m s[J]．C I R P A n n a l sＧM a n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y,２００４,５３(１):２８９Ｇ２９２．[１７]蒋书运,祝书龙．带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性[J]．机械工程学报,２０１０,４６(１):９２Ｇ９９．[１８]朱坚民,张统超,李孝茹．基于结合部刚度特性的滚珠丝杠进给系统动态特性分析[J]．机械工程学报,２０１５,５１(１７):７２Ｇ８２．S u m m a r y o fR e s e a r c ho nR e l i a b i l i t y o fB a l l S c r e wP a i r sG U OX i a oＧl i n,X I N GP e n gＧf e i(S c h o o l o fM e t a l l u r g y,N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y,S h e n y a n g１１００００,C h i n a)A b s t r a c t:T h e e f f i c i e n c y a n d p o s i t i o n i n g a c c u r a c y o f h i g hＧe n de q u i p m e n t i sd e t e r m i n e db y t h e r e l i a b i l i t y a n d p o s i t i o n i n g a c c u r a c y o f b a l l s c r e wf e e d s y s t e md i r e c t l y．T h i s p a p e r r e v i e w s t h e r e s e a r c h p r o g r e s s i n t h e f i e l do f s t a t i c s,k i n e m a t i c s,d y n a m i c s,a n db o n d i n g s i t e s o f b a l l s c r e w s i n t h e a c a d e m i cw o r l d．I t i s p o i n t e do u t t h a t t h e t h e o r e t i c a l r e s e a r c ho n t h e b a l l s c r e w p a i r i s n o t d e e p e n o u g ha t t h i s s t a g e．P r o v i d e r e f e r e n c e f o r t h e r e l i a b i l i t y r e s e a r c ho f t h eb a l l s c r e w p a i r i n t h e f u t u r e．K e y w o r d s:b a l l s c r e w p a i r;r e l i a b i l i t y;p o s i t i o n i n g a c c u r a c y６２２ 机械工程与自动化㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第６期㊀。
滚珠丝杠副加载测试试验台设计
滚珠丝杠副加载测试试验台设计时超;范元勋【摘要】针对航天飞行器伺服控制系统中滚珠丝杠副受载情况的特殊性，开展对滚珠丝杠副的模拟加载和性能测试的研究，设计出一套伺服加载测试试验台，利用该试验台可测试精密滚珠丝杠副的多变载荷承载能力、轴向刚度、传动效率和启动力矩等性能，为用户提供准确可靠的检测报告。
阐述了此加载测试系统的主要功能和工作原理、结构组成、电气硬件控制和系统软件的设计。
%According to the particularity of the bal screw loading in aero craft servo control system, this paper researches on the bal screw simulation loading and performance test and designs a set of servo loading test benches which can be used to precisely test the changeable load bearing capacity, axial stiffness, transmission efficiency and starting torque and other performance of the lal screw pair. The accurate and reliable detection report is provided for the user. This paper describes the main functions and working principle and structure, of the load testing system and hardware and software design of the electrical control system.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P48-50,71)【关键词】滚珠丝杠副;伺服加载;数据采集【作者】时超;范元勋【作者单位】南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094;南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TH133.2随着电动伺服技术的发展，滚珠丝杠副因其优越的直线传动特性，在航天器电动伺服控制系统中的应用越来越广泛。
数控车床滚珠丝杠副的研究设计
３ 最 大工作载荷计算
滚珠 丝 杠上 的 工作 载荷 是 指滚 珠 丝杠 副在 驱动 工作 台时 滚珠 丝杠所 承受 的轴 向力 。对于 三角形 或综合导轨 ，可 用下面的实验公式计算 ］ ］ 。［
需 校 核其最 大 动 负荷 Ｃ。如果 丝 杠 的额 定动 负 荷小 如
振动校 核 。在每一 步的校 核中 ，如果不合格 ，就要 重新选 择和计算 。在滚珠 丝杠副的 ＇计 和选用 中 ， 殳 Ｊ
动 负荷 和轴 向刚度是 丝杠 的两大薄弱环节 ，需要 校
Ｈ
核 。基 于数控车床纵 向进 给机构的结构特点 ，其 他
具 有精 确 、高 效 、灵 敏 、耐用 及 可靠 等特 点 ，广泛 应用 于机床工业等各个领域 。
经 济型 数控 车 床 的进给 机 构 由步进 电机 和滚 珠 丝杠 副 等组 成 。滚珠 丝杠 副 是机 床 的关键 零部 件 ， 对机床 的加工精度 有直接的影响 。 下 面结合 Ｃ Ｋ １２数 控车床 纵 向进给机 构的设 Ｊ６３ 计来说 明滚珠 丝杠 副的设计计算 。
度 的 没计 。经使 用证 明 ，车 床 的加工精 度 稳定 、可靠 ．有 效地 提高 了产 品质 量和 加工 效率 。 【 关键 词】 数控 车床 ；滚 珠丝 杠 ；设计 【 图分类号】 中 Ｔ Ｇ５１ ． ９１ 【 文献 标 识 码 】 Ａ 【 章 编 号】 １ Ｏ — １ ８ ２ ０ ０ ０１ 一 Ｏ 文 ３ Ｏ ８ Ｘ（ ０ ２） ４ ６ １ ４
４ 纵 向进给滚珠 丝杠设计计算
滚 珠丝杠 的设计 步骤 ：初 选滚珠 丝杠一滚 珠丝 杠的校 核一 驱动 电机 的选择一 轴承的选择等 。滚珠
6000 rpm滚珠丝杠速度、加速度试验台设计计算
6000rpm滚珠丝杠副高速试验台设计计算要求: 速度40～120m/min加速度1g～2g计算方法：1、假设滚珠丝杠螺距10mm，则其转速为40×103÷10=4000rpm、60×103÷10=6000rpm。
假设滚珠丝杠螺距20mm，则其转速为40×103÷20=2000rpm、60×103÷20=3000rpm。
90×103÷20=4500rpm、120×103÷20=6000rpm。
若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到40m/min时，所用时间为：40÷60=10×t ，t=1/15 s＝67ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到60m/min时，所用时间为：60÷60=10×t ，t=1/10 s＝100ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到90m/min时，所用时间为：90÷60=10×t ，t=3/20s＝150ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度1g加速到120m/min时，所用时间为：120÷60=10×t ，t=2/10 s＝200ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到60m/min时，所用时间为：60÷60=20×t ，t=1/20 s＝50ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到90m/min时，所用时间为：9 0÷60=20×t ，t=3/40 s＝75ms。
若滚珠丝杠从零速按加速度2g加速到120m/min时，所用时间为：120÷60=20×t ，t=1/10 s＝100ms。
2、加减速移动距离为：当t=1/15 s时，S=1/2×10×（1/15）2＝1/45m＝22mm。
当t=1/10 s时，S=1/2×10×（1/10）2＝1/20m＝50mm。
基于滚珠丝杠副的升降机构设计
叶
数 为２ ，则 每根丝 杠受 载荷为 ：Ｆ Ｇ ８ ０ Ｇ ＝ ＝０ｋ
图２ 系统 简 图
ｂ 丝杠 转速 ： ）
根 据升 降行 程及升 降 时间要 求 ，可知 托盘 的升 降速度 为 ：ｖ ３０ ｍ ｍｎ ＝ ８ｍ ／ ｉ取滚 珠丝 杠 副
导程为Ｐ ＝ Ｏ ｍ时 ，丝 杠 的转速 为 ：ｎ ３ ｒｍ ｈ １ｍ ＝ ６ｐ
● 托盘 采用 钢板焊接 形式 ，在 减轻重 量 的同时 ，保证 刚度 及强度 要求 。
● 由于天线 座重 量较 大 ，升降 采用 滚球 丝杠 副 ，以提高传 动效 率 ，减小 驱 动功率 及
结构 尺寸 ；为 保证 升降 的平稳 性 及 刚度 ，采用 四根丝杠 同时驱 动 ；但 必须增 加 自 锁装 置 ，以保证升 降 的安全性 。 ● 传动 装置 采用 电动与 手 动两种 方式 。电动 机通 过减 速器 带动 丝 杠旋 转 ，驱 动托 盘 上 滚珠 螺母 上下作 直 线运 动 ，从 而实 现天 线座 的升 降 。为便 于装 配 调整 及 断电 时 天 线座 的升降 ，增加 了手动 装置 。 ● 采 用螺母 锁 定装 置使 托盘 升降 到工作 位 置及 下 降到行 军 、储 藏位 置 时将其 固定 在 舱 体上 ，以保护 滚珠丝 杠 、滚珠螺母 和轴 承 。
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５ ０・
基于滚 珠丝杠 副的 升降机构 设计
０八一科技
基于滚珠丝杠副的升降机构设计
代 仕 平 张 娜
（ 零八 一 电子集 团有 限公 司 广 元 ６ ８ １ ） ２０７
摘 要 ： 本 文介 绍 了滚珠 丝杠 副 的结 构原 理及 特 点 ，并 结合具 体 的案例 介 绍 了滚珠
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５ ２・
２４ 驱 动 系统 ．
滚珠丝杠副摩擦力矩测量仪研制及其实验分析
结论
通过本次实验研究，我们成功研制了一种滚珠丝杠副摩擦力矩测量仪，并提 供了一种准确、便捷的测量手段。实验结果表明，滚珠丝杠副的摩擦力矩受到多 种因素的影响，如转速、负载、丝杠直径和高精度材料的使用等。这些因素在生 产实践中具有重要指导意义，有助于优化滚珠丝杠副的性能和提升生产质量。
未来研究方向 在本次研究基础上，我们建议未来可从以下几个方面进行深入研究： 1、针对不同应用场景，研究滚珠丝杠副摩擦力矩的影响因素及其变化规律， 为特定领域提供更为精确的测量手段。
实验材料包括：滚珠丝杠副、扭矩传感器、测力计、电机驱动器、数据采集 系统及相关连接部件。
实验方法如下： 1、选取不同规格的滚珠丝杠副进行实验，记录相关参数。 2、连接滚珠丝杠副、扭矩传感器、电机驱动器和数据采集系统。
3、通过测力计调整加载重量，模拟实际工况中的负载情况。 4、设定电机驱动器的转速，使滚珠丝杠副匀速转动。
总之，高速滚珠丝杠副动力学性能分析及其实验研究是提高滚珠丝杠副性能 的重要手段。通过对滚珠丝杠副进行动力学性能分析并开展实验研究，可以揭示 其运动特性及工作规律。因此，可以采取相应的措施提高滚珠丝杠副的性能和质 量水平，为相关行业的发展提供强有力的技术支持。
参考内容二
随着制造业的快速发展，数控机床已成为现代生产过程中不可缺少的重要设 备。滚珠丝杠副作为数控机床的关键部件，具有高精度、高刚度和高效率的特点。 本次演示将围绕数控机床滚珠丝杠副的设计计算进行分析，旨在为实际应用提供 有效的理论支持。
3、转速：转速的高低直接影响 到丝杠副的运动速度
1、明确设计需求：根据机床的实际加工需求，确定滚珠丝杠副的传动精度、 负载能力等关键参数。
2、载荷分析：对丝杠副所受的轴向载荷、径向载荷等进行详细分析，以确 定丝杠副的材料、结构形式等。
滚珠丝杠副轴向静刚度卧式试验方案研究
中 图分类 号 ： Ｔ Ｈ１ ２ ２ 文 献标 识码 ： Ｂ
Ｓｔ ｕｄ ｙ ｏ ｆ Ｈｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎｔ ａ ｌ Ｔｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｐｒ ｏ ｇｒ ａ ｍ ｆ ｏ ｒ Ａｘ ｉ ａ ｌ Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ Ｓｔ ｉ ｆ ｆ ｎｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｂａ ｌ ｌ Ｓｃ ｒ ｅ ｗ
ｈ ｉ ｇ ｈ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ，ｗｉ ｄｅ ａ ｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ，ｍ ｕｌ ｔ ｉ — ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｈａ ｖ ｉ ｎ ｇ ｂ ｏｔ ｈ ｔ ｅ ｎｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｔ ｅ ｓ — ｔ ｉ ｎ ｇ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｓ ｈ ｏｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｈｅ ｔ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ａ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｔ ｉ ｆ ｆ ｎ ｅ ｓ ｓ ｐ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ａ — ｂ ｌ ｙ，ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｈａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｇ ｕｉ ｄ ｉ ｎｇ ｓ ｉ ｇｎ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｎ ｃ ｅ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｒ ｐ ｒ ｏｄ ｕ ｃ ｔ ｓ’ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ：ｂａ ｌ ｌ ｓ ｃ ｒ ｅ ｗ ；ａ ｘｉ ａ ｌ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｔ ｉ ｆ ｆ ｎ ｅ ｓ ｓ；ｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ；ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ
滚珠丝杠副摩擦力矩动态测量系统设计
分析等 ， 并给 出了 Ｉ Ｇ— － Ｓ系列滚珠丝杠副动态摩擦力矩的测试结果。该 系统测量可靠， Ｉ Ｊ 实用性强 ，
已在 陕西汉 江机床 有 限公 司稳 定运行 。
关 键词 ： 珠 丝杠 副 滚
摩擦 力矩
动态 测量
数 据处理 与分 析
Ｔｈ ｓｇ ｆＤｙ ａ ｃ Ｆ ｉ ｉｎ Ｔｏ ｑ ｅ Ｍｅ ｓ ｒ ｇ Ｓｙ ｔ ｍ ｆＢ ｌＳｃｅ ｅ Ｄｅ ｉｎ ｏ ｎ ｍｉ ｒ ｔ ｒ ｕ ａ ｕ ｉ ｓｅ ｏ ａｌ ｒ ｗｓ ｃｏ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｅ ｉｎ ｏ ｈｅ ｄ ｎａ ｃ ｆ ｃ ｉｎ ｔｒ ｕ ａ ｕ ｎ ｙ ｔ ｍ ｆｂ ｌ ｃ ｅ ｓ ｉ ｔｏ ｕｃ ｄ ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｅ ｄ ｓｇ ｆｔ ｙ ｍｉ ｒ ｔ ｏ ｑ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｇ ｓ ｓｅ ｏ ａｌｓ ｒ ｗｓ ｉ ｎ ｒｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ． ｉ ｏ ｉ Ｓ ｓｅ ｓ ｈ ｍｅ，ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｐ ｎ ｉ ｌ ｙ ｔ ｍ ｃ ｅ ａ ｕ ｅ ｎ ｒ ｃｐ ｅ，ｓ ｆｗａ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ，ｄ ｔ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｒ ｎ ｌ ｄ ｄ． ｉ ｏｔ ｒ ｒ ｃ ｓ ａａ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｎ ｎ ｌｓｓ ａ ｅ ｉ ｃｕ ｅ
套较 为完整 的滚 珠丝杠 副检测 体 系 ， 它们 包括有 ： 导
知名的滚珠丝杠制造公 司， 除了致力于研究开发先进
的精密加工设备外 ， 都始终把检测手段 的更新换代放
在优先 的地位 ， 以他 们不 仅 拥 有 大量 的精 密加 工 机 所
程精度测量仪 、 触针式轮廓测量仪 、 动态预紧力矩仪、 摩擦力矩测量仪 、 寿命试验机和接触 刚度测量机 等。 国内 比较有代表 性 的有北 京 机 床 研究 所 １９ ９７年 研 制 的“ Ｊ Ｉ ＬＹＯ滚珠丝 杠 副动态预 紧转 矩测 量仪 ”４和山东 ＿
机电一体化技术与系统项目2任务2滚珠丝杠螺母副
• 分析十字滑台滚珠丝杠螺母副的作用，它 的选用及调试对机电一体化系统的影响。 • 任务书发放，分析要求，资讯资料，制定 计划
能力目标 • 1. 掌握滚珠丝杠副的工作原理； • 2. 掌握滚珠丝杠副间隙的调整及施加预紧力的方 法； • 3. 能进行滚珠丝杠副的选型及计算。 工作内容 • 1. 制定数控车床进给轴滚珠丝杠副的装配计划， 编制工艺文件； • 2. 进行滚珠丝杠副的装配； • 3. 进行滚珠丝杠间隙的调整及预紧。
2. 滚珠丝杠螺母副支承方式选择
• 合适的支承方式，能保证滚珠丝杠螺母副 的刚度和精度。滚珠丝杠螺母副的支承按 其限制丝杠的轴向窜动情况，分为三种形 式，如表8-2.1所示。 • 一般情况下，应将固定端作为轴向位置的 基准，尺寸链和误差计算都由此开始。并 尽可能以固定端为驱动端。
3. 制动方式选择
主题讲解
• 一、认识滚珠丝杠螺母副
滚珠丝杆副结构
端盖循环
插管循环
HMD系列螺母冷却滚珠丝杠
• 在新产品中有一款高速机床用的“HMD 系列螺母冷却滚珠丝杠”，该款产品性 能最高输送速度达120 m/min，且有以 下几个特点：(1)静音、高速：采用新型 循环，静音，高速；(2)冷却效果：螺母 冷却时，具有与轴芯冷却同等的冷却能 力，轴芯冷却与螺母冷却轴的温度基本 相同采用螺母冷却时工作台温度比轴芯 冷却时低约3 ℃，提高加工精度；(3)预 紧：螺母冷却不会增加滚珠丝杠的预紧 力；(4)安装方便：成本低、只需将油管 接在法兰盘上即可；(5)精度：减少滚珠 丝杠向工作台热传递，保证高精度。
• 由于滚珠丝杠螺母副传动效率高，又无自 锁能力，故需安装制动装置以满足其传动 要求，特别是当其处于垂直传动时。 • 制动方式很多，可以采用具有刹车作用的 制动电机、摩擦制动器、超越离合器等。 图8-2.9为数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠 的制动装置示意图，采用的是摩擦制动器。
大型、重载、精密滚珠丝杠副设计及硬旋铣加工装备关键技术
大型、重载、精密滚珠丝杠副设计及硬旋铣加工装备关键技术冯虎田【期刊名称】《金属加工：冷加工》【年(卷),期】2010(000)006【总页数】4页(P12-15)【作者】冯虎田【作者单位】南京理工大学,江苏,210094【正文语种】中文一、背景分析1.大型精密螺纹制造是制约我国大型装备自主研发的瓶颈问题装备制造业向大型、精密等极端制造方向扩展，大型装备急需高性能的核心传动部件供给，大型精密螺纹就是制约大型装备自主研发的最具代表性核心部件。
大型精密螺纹可以实现长距离重载直线传动，是各类大型重载机床的关键功能部件，不可替代，而我国完全依赖国外，因而成为制约我国大型装备自主研发的瓶颈。
大型、重载装备自主研制中非常重要的一个环节就是超长传动轴系中的螺纹传动，由于没有加工大型螺纹的大型设备，导致国内大型丝杠及大型装备受制于人。
大型精密螺纹（长度大于5m、直径大于200mm、精度P3级）是这些大型制造装备急需的核心功能传动部件。
我国大型螺纹高效精密制造技术研究处于落后状态，大型螺纹制造过程中涉及到的材料、加工工艺、装备等与国外都有较大差距，严重制约了我国具有自主知识产权大型装备的自主发展和国际竞争力。
2.大型螺纹的高效精密制造缺乏理论和技术原理支撑面向极端制造的大型精密螺纹由于要实现大距离精密直线传动，必须满足高精度要求；要保证传动性能及工作寿命，必须对工件材料进行硬化处理，从而导致加工中必须在淬硬层内进行硬加工；要实现超长螺纹加工还必须克服工件柔性变形和振颤，控制加工中的自适应定位与加工接刀，并进行在线误差检测与精度补偿。
要解决以上问题必须从加工机理出发，研究其中的科学问题，并以此为指导建立相关理论与方法，突破关键技术，实现大型螺纹高效精密制造的国产化，为振兴我国装备制造业服务。
我国高速硬加工技术的研究与应用仍处于起步阶段，因此必须尽快围绕大型螺纹加工精度与表面质量创成机制、大型螺纹高效精密加工中工件材料与刀具的匹配规律等开展研究，以解决大型螺纹高效精密制造中的基础理论问题。
数控机床论文
摘要为了适应机械行业的发展趋势，简化一般工厂中工人的劳动量，在本设计中应用简单的数控系统设计。
就实际情况分析，一般的机械加工精度和效率足以完成工作需求，不需要高精密的数控系统，但考虑一般机械系统实现自动化生产相对比较困难，而且实现起来相当复杂，设备比较庞大。
然而这些问题可以在一个非常简单的数控系统中很容易的得到很好的解决。
随着微型计算机系统的发展，性能的不断提高，大范围应用的普及，应用一个简单的数控系统来完成一般的工作，在一般的小型工厂中足可以实现。
本次设计的铣床，除了能进行铣削加工，主轴上安装不同的刀具时，还可以进行钻孔或攻丝加工。
所以我们采用了如下的设计方案：进给系统采用大惯量宽调速直流伺服电动机，滚珠丝杠，双螺母垫片调整预紧间隙，导轨副采用直线滚动导轨副，主传动系统采用无级调速电机。
在设计过程中，我得到了老师的精心指导，帮我收集了很多我无法找到的资料。
袁老师在完成繁重的教学任务之余，经常拖着疲惫的身体，对我们的工作进行仔细地审查，针对我们的情况，进行了耐心的讲解，从设计的原理到结构功能，做出了大量的指导性工作，使我们对所要设计的课题有了更深的了解，在这里也要感谢同组同学的热心帮助，同学们总是微笑着面对我的提问，耐心讲解，使我对有些问题有更加清楚的认识。
关键词：总体结构布局铣床传动方式主传动系统进给系统AbstractIn order to adapt to the machinery industry development trends, simplified general factory workers in the labor, in the design of a simple numerical control system design. On the actual situation analysis, the general machining accuracy and efficiency needs to complete its work, do not need high-precision numerical control system, but considering the general mechanical system to automate production is relatively difficult and very complex to achieve, equipment relatively large. However, these problems can be in a very simple numerical control system in very easy to get a good solution. With the development of micro-computer system, the continuous improvement of performance, large-scale application of the universal application of a simple numerical control system to complete the work in general, the small factories in general can be achieved in full.The processing center, in addition to a milling, spindle installed on a different tool, can also carry out drilling or tapping processing. Therefore, we have adopted the design of the programmes are as follows: feeding system using the inertia of wide speed range DC servo motor, ball screw, double-nut pads adjust preload gap, the rails of a rail line rolling deputy, the main drive system adopts the - Speed Motor.In the design process, I was given the careful guidance of teachers Hsu, To help me collect a lot I can not find the information. Yuan teachers completed the arduous task of teaching, while towing tired of the daily physical, to our work carefully review the situation against us, on a patient, from design to the principles of structure and function, to A lot of guidance, so that we have to design the machine gained a deeper understanding of the same group here also like to thank the enthusiastic help students, the students have always smiling faceof my question, patiently explained to me for some The problem is more clear understanding.Keywords：The overall structure layout Transmission Feed system Main drive system目录1绪论 (2)1.1数控机床的产生及发展 (2)1.2数控机床的组成及分类 (3)1.3数控机床的特点 (3)2设计的主要参数及基本思想 (4)2.1 课题要求 (4)2.2 总结构设计 (4)2.3 铣床总布局的确定 (5)3数铣床的设计和计算 (6)3.1 主传动系统的设计 (6)3.2 进给系统的设计 (9)3.3 进给系统的计算 (10)4 数控系统的介绍及选择 (10)4.1数控及计算机数控 (10)4.2 计算机数控系统的内部工作过程 (10)4.3数控系统的特点 (11)5 夹具的选择及介绍 (11)5.1 数控铣床夹具介绍 (11)5.2 技术要求 (12)5.3 对夹具零部件的要求 (13)结论 (15)致谢 (16)参考文献 (17)1绪论机械制造业是国民经济的支柱产业。
滚珠丝杠副的设计计算
FC K F K H K AFm
1.2 1.0 1.0 3800 4560(N )
• (2) 根据寿命条件计算额定动载荷 Ca'
Ca'
FC
3
nm Lh 1.67 104
100 15000 4560 3 1.67 104
20422(N )
(3)按照满足Ca≥ C'a旳原则选择丝杠副尺寸，查表得 如下规格：
规格型号
D0
公称导 程
p
丝杠外 径
d
钢球直 径
d0
丝杠内 径
d1
循环圈 数
动负荷 Ca(KN)
FFZD3210-3 32 10
32.5 7.144 27.3
-
25.7
FFZD5006-5 50
6
48.9 3.969 45.76
-
26.4
• 考虑多种原因，选FFZD5006-5，其中：
•
公称直径：D0=50mm
FFZD5006-5 50
6
48.9 3.969 45.76
-
26.4
• (4) 稳定性验算 • ①因为一端轴向固定旳长丝杠在工作时可能发生失稳,
所以在设计时应验算其安全系数S,其值应不小于[S]。
• 丝杠不会发生失稳旳最大载荷称为临界载荷 Fcr
Fcr
2EIa ( l)2
• 式中：E—丝杠旳弹性模量，对钢 E 206GPa
I a —丝杠危险截面旳轴惯性矩
Ia
d14
64
0.045764 64
2.15107 m4
—长度系数，双推-简支时， 2 / 3
Fcr
2 EIa ( l ) 2
数控车床滚珠丝杠液压调节垫圈的设计
１ ０ ６
液 压 与 气动
表 １ 不 同 工 况 条 件 下 丝 杠 的 热 变 形
２ ０ １ ３年 第 ３期
＿ ｒ 况 条 件 编 号
１
２
３
４
空 载 工 况 条 件
ｎ＝ １ ５ ０ ０ （ ｒ ／ ａｉ ｒ ｎ ）
低 速 粗 车
ｎ＝ ５ ７ ． ３ ２ （ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ）
ＬＩ Ｕ Ｌ ｅ — ｐ ｉ ｎ ｇ ，Ｆ ｅ ｎ ｇ Ｆｕ— ｌ ｅ ｉ ，ＤＥＮＧ Ｇｕ ｏ — ｈ ｏ ｎ ｇ ，ＭＡ Ｙｕａ ｎ
（ １ ． 华东交通大学 机 电工程学院 ， 江西 南 昌
３ ３ ０ ０ １ ３ ； ２ ． 呼和浩特铁路局 机务处 ，内蒙古 呼和浩特
０ １ ０ ０ ５ ０ ）
靠 背 配对 的角接 触球 轴 承 ， 丝 杠 副在 预拉 伸下安 装 ， 使 滚 珠丝 杠 副达 到很 高 的传 动 刚 度 ， 从 而 得 到 所 需 的高 定 位精 度 和重 复定位 精度 。 滚 珠丝 杠在 旋转 中会 产 生 温 升 ， 其 周 围 的环 境 温
度 也会 随着 发生 变 化 。温升 时滚 珠 丝 杠 则 轴 向伸 长 ， 刚度 降低 ， 冷收缩 则 会使 原有 的预 紧力 增 大 ， 两 种都 导 致 传动 系统 的传 统 刚度 、 稳定 性 以及定 位精 度下 降 。
高 速 硬 车 削
ｎ＝ ２ ３ ８ ． ８ ５ （ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ）
极 限工况 、 空 载
ｎ＝ ３ ０ ０ ０ （ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ
有 效 工 作 行 程 最 大 热 变 形 量
７ ． ７ ４ ７／ ｘ ｍ
１ Ｏ ． ０ １ ｕ Ｊ ｎ
数控车床滚珠丝杠螺母副的诊断与维修两例
数控车床滚珠丝杠螺母副的诊断与维修两例滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动装置，其结构原理是在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺母滚道。
螺母上有滚珠回路管道，将几圈螺母滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠。
当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，从而迫使螺母轴向移动。
珠丝杠螺母副具有传动效率高、摩擦损失小、运动平稳、传动精度高以及给予适当预紧，可消除丝杠和螺母间隙、反向时无空行程、定位精度高、使用寿命长等特点。
因此，被广泛用于数控机床等高精度设备的进给传动链中。
滚珠丝杠螺母副常见故障表现有以下几种现象：故障现象一：加工零件粗糙度值过高。
造成此类故障首先考虑是否是由于导轨的润滑油不足，致使溜板爬行造成的；其次是滚珠丝杠螺母有局部磨损或损坏造成运动不平稳。
故障现象二：反向误差大，加工精度不稳定。
这类故障往往是由于丝杠联轴器松动、丝杠滑板配合过松及润滑油不足造成的。
故障现象三：滚珠丝杠在运转中扭矩过大。
这类故障主要是由滑板配合过紧或磨损、滚珠丝杠反向器损坏、丝杠卡死及润滑油不足造成的。
故障现象四：滚珠丝杠螺母副噪声。
噪声主要走来源于滚珠丝杠轴承压盖压合不良、丝杠与滑板配合过松、电动机与丝杠联轴器松动、滚珠破损。
笔者根据下列两例典型的故障，简要分析故障产生的原因及解决方法。
典例一：一台型号为cjk6140h数控车床加工过程中发现z轴反向误差大，加工精度不稳定。
同时，快速移动z轴时，伴随的有噪声。
通过对z轴重复定位精度检测发现z轴误差在0.26mm左右。
故障分析与解决：作为维修人员，首先想到的是这台数控车床已经使用五年左右，可能是丝杠轴滑板配合压板及楔铁长期磨损造成配合间隙过大引起的。
笔者重新调整或研磨大滑板前后压板并对中滑板楔铁适当预紧，并用0.03mm塞尺进行检测。
笔者重新开机试机后发现问题依然存在。
笔者此时可以确认是滚珠丝杠螺母副和联轴器的问题。
有关机床滚珠丝杠的调整与装配分析
有关机床滚珠丝杠的调整与装配分析作者：张克溪王丹来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2011年第12期摘要：随着科技的不断发展，滚珠丝杠逐渐走向了高精度、高效率、高刚度的发展阶段。
文章结合笔者的实际工作，重点阐述和分析了机床滚珠丝杠的调整与装配，针对滚珠丝杠的特点给出了一些建议和意见。
关键词：滚珠丝杠高精度内圈拆卸回转运动转化为直线运动或者是把直线运动转化成回转运动的最直接最理想的产品就是滚珠丝杠。
滚珠丝杠组成部分是：由螺杆和螺母还有滚珠。
旋转运动转化成直线运动是滚珠丝杠的主要功能，这使得滚珠螺丝在发展中更进了一步，这对于把轴承从滑动动作变成滚动动作具有重要意义。
滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点类型常用的循环方式有两种：外循环和内循环。
其特点是与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3；高精度的保证；微进给可能；无侧隙、刚性高；高速进给可能。
1 滚珠丝杠的装配与调整在滚珠丝杠装配调整前，首先必须要要设计、制造好专用工装检套、检棒，准备必要的千分表、大理石平尺等。
1.1 专用检棒设计检棒直径设计：在平衡使用轻便与保证刚性的条件下，优先选择国家标准检棒直径尺寸系列。
检棒外圆公差为g5，圆柱度公差≤0.005。
检棒一组2件，成组加工制造，成组制造的两根检棒外圆尺寸一致性≤0.003。
1.2 专用检套设计电机座、轴承座检套和检棒配套使用，检套内孔名义尺寸设计要与检棒外圆尺寸一致，配合公差按检棒外圆尺寸实测值设计，配合间隙为0.008～0.012，检套外圆尺寸按电机座、轴承座孔名义尺寸设计，因电机座、轴承座孔尺寸公差大多选用过渡配合的J6或JS6H ，常用检套公差带为0.016至0.022之间。
为保证检套外圆与电机座、轴承座孔使用时有一个最佳配合间隙，需在公差带0.016至0.022之间采用公差分段方法设计一组检套。
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滚珠丝杠最高转速 n ｍａｘ／ｒ·ｍｉｎ－１：１２００
丝杠、采用贴塑导轨、改变丝杠支承方式或对丝杠进
滚珠丝杠最低转速 n ｍｉｎ／ｒ·ｍｉｎ－１：０．２
行预拉伸等。
当量转速 nｍ ／ｒ·ｍｉｎ－１：ｎｍ＝（２ n ＋ ｍａｘ n ｍｉｎ）／３［３］＝ 滚珠丝杠副的轴向刚度主要考虑丝杠本身受拉
δＦ = Fａ Lｊ E A[4] （３）
( ) δＦ = FａLｊ L − Lｊ EAL[4] （６）
式中：Ｌｊ 为丝杠的计算长度，即轴向力和转距作用处 到固定支承端的距离， Lｊ = １１００ｍｍ。
由（３）得： δ F ＝３．６３×１０－３ｍｍ。 （２） 转矩 T 产生的轴向变形量 δT 。
2002 年 11 月
农机化研究
第4期
珠丝杠的总变形量小于允许的变形量［ δ ］来进行，即 δ ≤［ δ ］。 （１） 轴向载荷 Ｆａ 产生的轴向变形量δ Ｆ。本设计机 床为经济型数控车床，其纵向进给机构的滚珠丝杠副 可采用一端固定、一端铰支的支承方式。它常用于较 长的卧式丝杠，可补偿热变形，但这种支承方式的滚 珠丝杠不能预紧。对于一端固定、一端铰支的支承方 式，有公式
轴向总变形量δ ＝ δ F ＋ δＴ ＋ δａ ＝１．３６６×１０－３ ｍｍ。 丝杠的轴向刚度 Kδ ＝ Fａ /δ ＝５５．６４×１０４ Ｎ／ｍｍ。 Kδ ＞［ Kδ ］，δ ＜［ δ ］，两端固定的丝杠满足刚 度要求。
变形量δａ。本滚珠丝杠副有预紧，则 δ ａ = 0.3 × 10−3 × KＺ Fａ /[Z(DW FP )][4] （５）
㎜ １．２
丝杠螺母预紧力
Fａ 3
２５３．３３
每列工作圈数
１
每个螺母的循环列数 每圈中的滚珠个数 工作螺母中的滚珠总数
３
πd 0 (DW ｃｏｓψ ) ３５
mjk
１０５
［收稿日期］ ２００２－０６－２０ ［作者简介］ 蔡乐安（１９６２－），男，浙江乐清人，温洲大学工业工程学院讲师，主要从事冷冲模设计和制的研究工作。
（６） 通过改进丝杠的支承方式来提高丝杠刚度。 把原来的一端固定，一端铰支改为两端固定的支承 方式，并在安装时对丝杠进行预拉伸，以抵消运行 时因发热而引起的丝杠伸长。两端固定的支承方式 一般应用于长丝杠或高转速，要求高精度、高刚度的 地方。 （７） 重新计算各变形量和轴向刚度轴向载荷 F ａ 产生的轴向变形量 δ F 为
2002 年 11 月
农机化研究
第4期
数控车床滚珠丝杠副的研究设计
蔡乐安
（温州大学 工业工程学院，浙江 温州 ３２５０２７）
［摘 要］ 结合 ＣＪＫ６１３２ 数控车床的设计，论述了数控车床滚珠丝杠副设计的方法和步骤，着重探讨了丝杠寿命和刚
度的设计。经使用证明，车床的加工精度稳定、可靠，有效地提高了产品质量和加工效率。
（５） 刚度校核。 丝杠的轴向刚度 Kδ = Fａ δ [4] =19 ×104 N ⋅ ｍｍ 。 刚度条件： Kδ ≥ [Kδ ] 或 δ ≤ [δ ][2,4] 式中：［ Kδ ］—丝杠允许的轴向刚度。点位控制的数控 机床，［ Kδ ］＝（１８～２０）×１０４ Ｎ／ｍｍ［４］，所以 Kδ 介于［ Kδ ］
式中：Ｌｊ—丝杠的计算长度，此处 Ｌｊ＝６５０ｍｍ。 由（６）得，δＦ＝１．０７×１０－３ｍｍ。 转矩 T 产生的轴向变形量 δT ＝Ｔ L ｊＬ０／（２πＧＩｐ）＝ ０．０２５×１０－３ｍｍ。
δT = TLｊL0 /(2πＧＩ Ｐ )[4] （４）
由（４）得：δＴ＝０．０４２×１０－３ｍｍ。 （３） 轴向载荷 F ａ 使钢球与螺纹滚道间产生轴向
丝杠的校核包括：寿命计算（动负荷校核）、静负荷
当滚珠丝杠副在较高转速下 工作时，应按其使
校核、强度校核、刚度校核、稳定性校核、横向振
用寿命选择基本尺寸，并校核其承载能力是否超过额
动校核。在每一步的校核中，如果不合格，就要重
定动负荷。现在，丝杠副已按脉冲当量等选择，需校
新选择和计算。在滚珠丝杠副的设计和选用中，动
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2002 年 11 月
农机化研究
第4期
４ 纵向进给滚珠丝杠设计计算
滚珠丝杠的设计步骤：初选滚珠丝杠—滚珠丝
当量负荷 Ｆｍ／Ｎ：Ｆｍ＝（２ F
＋ ｍａｘ
F
）／３ ＝ ［３］［４］［５ ］
ｍｉｎ
６２０
杠的校核—驱动电机的选择—轴承的选择等。滚珠
４．３ 计算疲劳寿命（校核动负荷）
１０００ Pｍ η ／ V ［ ３ ］［４ ］ ＝１４５５Ｎ； FX 为纵向切削分力，
FＸ
＝０．２５ Fｚ ＝３６４Ｎ；FＹ 为横向切削分力，FＹ
Kn E ／ＭＰａ A ／ｍｍ２ T ／Ｎ·ｍｍ G ／ＭＰａ I ４
ｐ／ｍｍ
K Ｚ FW / N j k m Z
转速系数 丝杠材料的弹性模量 丝杠的计算截面面积
３ 最大工作载荷计算
滚珠丝杠上的工作载荷是指滚珠丝杠副在驱动 工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力 Fａ 。对于三角形或 综合导轨，可用下面的实验公式计算［３］［４］
Fａ = KFＸ + f (FＺ +W ) （１） 式中的符号说明如表 １ 所示。
车 床 纵 向 车 削 外 圆 时 ， FＺ 为 主 切 削 力 ， FＺ ＝
(Lｈ
) 500
1 3
硬度＞５８ＨＲＣ
数值 ８００ ０．８０ １．１５ ０．１５ １８０ １．６５ １５０００ ３．１０７２ １．３５ １．０
可加工工件的最大长度为 ７５０ｍｍ；进给脉冲当量：Z 轴
KL
短行程系数
１．０
为 ０．０１ｍｍ／脉冲，X 轴为 ０．００５ｍｍ／脉冲；进给速度范 围（无级）１．８～６０００ｍｍ／ｍｉｎ；快速进给速度： Z 轴 为 ６ｍ／ｍｉｎ， X 轴为 ３ｍ／ｍｉｎ。
之间，丝杠刚度可能不够。
本设计应用于浙江温州某矿业制造有限公司的 普通车床数控化改造，经长期使用效果良好。数控机 床使该公司获得了良好的经济效益和社会效益。现公 司共有 １８ 台经济型数控车床（包括普通车床改造而 成），用于控制阀门阀芯等产品的加工。
［δ］—丝杠允许的轴向总变形量。对精密机床， ６ 结束语
４．２ 计算当量转速 nm 和当量负荷 Ｆ ｍ
滚珠丝杠进给速度范围／ｍｍ·ｍｉｎ－１：１．０～６０００
４．４ 校核丝杠的刚度
滚珠丝杠副的轴向变形将引起丝杠导程发 生变化，从而影响其定位精度和运动平稳性。由轴向 刚度不足引起的轴向变形量一般不应大于机床定位 精度值的 １／２。如果变形量大于机床定位精度要求， 要采取措施来提高丝杠副的刚度。如选用直径较大的
C ＜ Cａ ，所以满足寿命条件，此时可靠性为 ９０％。 如果要求丝杠的可靠性超过 ９０％，则额定动负荷要乘 以可靠性系数 fｋ 。
例如，要求可靠性为 ９５％，则 C ａ＝８６８０＞C ，仍 满足寿命条件。
表 ３ 可靠性系数
f ［５］ ｋ
可靠性／％
fｋ
９０
１
９５
０．６２
［关键词］ 数控车床；滚珠丝杠；设计
［中 图 分 类 号 ］ ＴＧ５１９．１ ［ 文 献 标 识 码］ Ａ ［ 文 章 编 号］ １００３ ─ １８８Ｘ（２００２）０４ ─ ０１１６ ─０４
１ 前言
＝０．４ Fｚ ＝５８２Ｎ。
滚珠丝杠副由滚珠丝杠、滚珠螺母和滚珠组成， 由（１）式得，最大工作载荷 Fａ ＝７５６．８５Ｎ，取为
２ 设计参数
ＣＪＫ６１３２ 经济型数控车床的主要参数： 主电机功率 pm 为 ３ｋＷ；转速 １４３０ｒ／ｍｉｎ；主轴转 速 ４５～２０００ｒ／ｍｉｎ，级数 Ｚ１２；床身上最大工件回转 直径 D ＝３２０ｍｍ；刀架上最大工件回转直径 d ＝１７５ｍｍ；
符号
名称
计算公式
W ／Ｎ η
从刚度计算可以看出，丝杠的支承方式对丝杠的 刚度影响很大。采用两端固定的支承方式并对丝杠预
由（５）得：δａ＝０．２７１×１０－３ｍｍ。
拉伸，可 最大限度地发挥丝杠的潜能。最终设计采
（４） 轴向总变形量 δ 。
用了两端固定的支承方式。
δ ＝ δＦ ＋ δＴ ＋ δａ ＝３．９４３×１０－３，取δ ＝４×１０－３ｍｍ。 ５ 验证
母长度＋两端余程＝８７５ｍｍ。丝杠两支承间距离 L 由机
床床身决定， L ＝１３００ｍｍ。
表 ２ 滚珠丝杠基本参数
丝杠的最大动负荷 C 为
C
=
Kｈ KF
KＨ
Kｍ
K
[4]
n
（２）
由（２）得， C ＝７５０４Ｎ。
寿命条件： Ca ≥ C 式中： Cａ —滚珠丝杠的额定动负荷，本丝杠 Ca ＝ １４０００Ｎ。
核其最大动负荷C 。如果丝杠的额定动负荷小于最大
负荷和轴向刚度是丝杠的两大薄弱环节，需要校核。 动负荷，则丝杠会产生疲劳损坏，达不到预期的工作
基于数控车床纵向进给机构的结构特点，其他校核
Байду номын сангаас
寿命。
可略。 ４．１ 初选滚珠丝杠 根据脉冲当量δｐ ，初选丝杠导程 L0 和步进电机步 距角。δｂ 由 δｐ = θb L0 360i 及纵向进给的脉冲当量 δｐ ＝０．０１ｍｍ／脉冲，初选丝杠导程 L0 ＝５ｍｍ，步进电机步 距角θｂ ＝０．７２°，传动比i ＝１。步进电机通过弹性联 轴器与滚珠丝杠直接联接，以简化结构、提高精度。 考虑丝杠直径与其承载能力和刚度的对应关系，并参 考同类型数控车床滚珠丝杠副的实际选用情况，初选 丝杠的公称直径为 ４０ｍｍ。选择型号为 ＦＦＺＤ４００５－３－Ｐ３ 的滚珠丝杠副，即内循环浮动返向器双螺母垫片预紧 滚珠丝杠副，精度等级按经济型数控机床要求确定为 ３ 级。滚珠丝杆的基本参数见表 ２ 所示。 滚珠丝杠螺纹长度＝工作台最大行程长度＋螺