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丝杠在机床设计中实际问题

      随着国内机床行业的快速发展,大家对丝杠的使用负载、速度、精度寿命要求越来越高,因此对于丝杠的设计者来说,丝杠的负荷问题、热变形问题、定位精度问题、使用寿命问题等都要有一个清楚的认识。

1、HDL50三坐标加工单元对丝杠负荷的具体要求

  2007年10月,大连机床集团加工中心所自行研制开发HDL50三坐标加工单元,其对丝杠有着严格的技术要求,要求其快移速度v=54m/min,加速度为a=0.5g,动载荷,C=58200N,静载荷158000N,螺距P=20mm(由FANUC伺服电机a30/3000i决定),行程ST=800mm,采用一端固定另一端支持的安装方式。其结构如图1:丝杠在机床设计中实际问题1、旋紧螺母 2、法兰盘 3、轴承
4、承载重物 5、端盖 6、电机支座
7、轴承座 8、轴承压盖9、丝杠 10、丝杠螺母
11、法兰盘12、轴承13、联轴器 14、电机
图1丝杠在机床设计中实际问题

  1.1轴向负荷的计算
  1.1.1(水平往复运动)螺母及承载重物水平的往复运动,如图2,其轴向负荷分析如下:
向左等加速运动:Fa1=μ×mg+f+ma
向左等速运动:Fa2=μ×mg+f
向左等减速运动:Fa3=μ×mg+f-ma
向右等加速运动:Fa4=-μ×mg-f-ma
向右等速运动:Fa5=-μ×mg-f
向右等减速运动:Fa6=-μ×mg-f+ma
a=Vmax/T
Vmax:为最高速度
T:达到最高速度所用时间
m:总质量,指螺母带动的所有物重
μ:导轨摩擦系数
f:无负荷时的阻力
  由此可得向左等加速运动或向右等加速运动时螺母的载荷最大,因此在设计轴向载荷时应该主要参考此数值。
Fa1=μ×mg+f+ma=0.01×2150×9.8+100+2150×0.5×9.8
=10845.7N丝杠在机床设计中实际问题1.1.2(垂直往复运动),如图3,其轴向负荷分析如下:

上升等加速运动:Fa1=μ×mg+f+m(a+g)
上升等速运动:Fa2=μ×mg+f+mg
上升等减速运动:Fa3=μ×mg+f+m(g-a)
下降等加速运动:Fa4=m(g-a)-μ×mg-f
下降等速运动:Fa5=mg-μ×mg-f
下降等减速运动:Fa6=m(g+a)- μ×mg-f
  由此可得上升等加速运动时螺母的载荷最大,因此在设计轴向载荷时应该主要参考此数值。
  Fa1=μ×mg+f+m(a+g)= 0.0l×328×9.8+100+328×1.5×9.8
=4953N

  1.2 丝杠轴容许轴向负荷
  因工作台、主轴箱、工件等自重,对丝杠本身产生的压缩负荷,所以必须验算对丝杠挫屈的安全性。如下公式分析:丝杠在机床设计中实际问题a:安全系数(取a=0.5)E:弹性系数
I:丝


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