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摘要：本文论述了数控机床进给用滚珠丝杠的选择与计算方法。滚珠丝杠作为当代数控机床进给的主要传动机构，以其长寿命、高刚度、高效率、高灵敏度、无间隙等显著特点而得以广泛应用，成为各类数控机床的重要配套部件，并已实现了标准化、通用化和商品化。为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必须合理选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。
关键词：数控机床；滚珠丝杠；选择计算
1滚珠丝杠副的载荷计算
(1) 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
F=Fx+f*2M/dz (4)
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；W—移动部件的重量，N；
M—主轴上的扭矩，N·m；dz—主轴直径，mm；
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。
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导轨型式
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k
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f'
|
f
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燕尾形
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1.4
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0.2
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矩形
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1.1
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0.15
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三角形、组合形
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1.15
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0.15～0.18
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钻镗主轴圆导轨
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-
|
-
|
0.15
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滚动导轨
|
-
|
0.003～0.004
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(2) 最小载荷Fmin
最小载荷Fmin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=0。
(3) 最大工作载荷Fmax
最大载荷Fmax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：t1,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)／3(8)
nm=(nmax+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/nmax(10)
式中：vmax—机床工作台最快进给速度，mm/min；
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。
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：
E ≤ (1/4 ~ 3/5) Td (11)
式中：E——累计代表导程偏差，μm;
TD——机床有效行程的定位精度，μm。
典型机床进给滚珠丝杠的精度等级选择见表3。
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NC机床
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应用
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车-床
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铣-床
镗-床
|
加-工
中-心
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坐-标
镗-床
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钻-床
|
磨-床
|
电火花机
床(EDM)
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线切割
(EDM)
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冲床
|
激光切
割机床
|
木材加
工机床
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轴
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X
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Z
|
XY
|
Z
|
XY
|
Z
|
XY
|
Z
|
XY
|
Z
|
X
|
Z
|
XY
|
(Z)
|
XY
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UV
|
XY
|
XY
|
Z
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精度
等级
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C0
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○
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-
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-
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-
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-
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-
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○
|
○
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-
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-
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○
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C1
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○
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-
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○
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-
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○
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-
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○
|
○
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-
|
-
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○
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○
|
○
|
-
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○
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○
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C2
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○
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-
|
○
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○
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○
|
○
|
○
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-
|
-
|
-
|
-
|
○
|
○
|
○
|
○
|
○
|
○
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|
C3
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○
|
○
|
○
|
○
|
○
|
○
|
-
|
-
|
○
|
-
|
-
|
○
|
○○
|
○
|
○
|
○
|
○
|
○
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C5
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○
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○
|
○
|
○
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○
|
○
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-
|
-
|
○
|
○
|
-
|
-
|
-
|
○
|
-
|
○
|
○
|
○
|
○
|
○
|
|
C7
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-
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-
|
-
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-
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-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
○
|
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|
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