X62W銑床數(shù)控化改造——滾珠絲杠的選擇

趙 潔，侯永亮

（1.包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014034；2.中國兵器工業(yè)第五二研究所，內(nèi)蒙古 包頭 014034）

0 引言

將X62W普通銑床改造成數(shù)控銑床，可以提高勞動生產(chǎn)率，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，有利于提高設(shè)備的利用率，擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，完成普通銑床難以加工或者根本不能加工的復(fù)雜型面的零件加工。改造后的簡易數(shù)控銑床由底座、工作臺、床身、回轉(zhuǎn)臺、數(shù)控系統(tǒng)及裝置、升降臺等主要部分所組成，數(shù)控化改造的主要任務(wù)為增設(shè)數(shù)控系統(tǒng)和改造機(jī)械部分，主要進(jìn)行改造的是機(jī)械部分。機(jī)械部分改造主要對滾珠絲杠的選用進(jìn)行分析，使其提高機(jī)床的定位的精度和重復(fù)定位精度，使之達(dá)到定位精度±0.01mm，重復(fù)定位精度達(dá)到±0.001mm進(jìn)給速度達(dá)到1～4000mm/min，快移速度達(dá)到Vmax=10m/min。

1 滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)與原理

滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種方式。圖1（a）所示為外循環(huán)方式的滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)，由絲杠1、滾珠2、回珠管3和螺母4組成。在絲杠1和螺母4上各加工有圓弧形螺旋槽，將它們套裝起來便形成了螺旋形滾道，在滾道內(nèi)裝滿滾珠2：當(dāng)絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)時，絲杠的旋轉(zhuǎn)面經(jīng)滾珠推動螺母軸向移動，同時滾珠沿螺旋形滾道滾動，使絲杠和螺母之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠與絲杠、螺母之間的滾動摩擦。螺母螺旋槽的兩端用回珠管3連接起來，使?jié)L珠能夠從一端重新回到另一端，構(gòu)成一個閉合的循環(huán)回路。

圖1 滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式Fig.1 The structure form of a ball screw

圖1（b）所示為內(nèi)循環(huán)方式的滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)。在螺母的側(cè)孔中裝有圓柱凸輪式反向向器，反向器上銑有S形回珠槽，將相鄰兩螺紋滾道聯(lián)接起來。滾珠從螺紋滾道進(jìn)入反向器，借助反向器迫使?jié)L珠越過絲打牙頂進(jìn)入相鄰滾道，實現(xiàn)循環(huán)。

2 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計方案

在數(shù)控機(jī)床上將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，一般采用滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)。滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu)的特點是：傳功效率高，一般為η＝0.92～0.96；傳動靈敏，不易產(chǎn)生爬行；使用壽命長，小易磨損；具有可逆性，不僅可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€起動，也可將直線運動變成旋轉(zhuǎn)運功；施加加緊力后，可消除軸向間隙。反向時無空行程；成本高，價格昂貴；不能自鎖，垂直安裝時需有平衡裝置。

3 滾珠絲杠的選用

已知參數(shù)：工作臺重量500kg；工件最大重量1500kg；機(jī)床定位精度±0.01mm；機(jī)床重復(fù)定位精度±0.001mm；工作臺進(jìn)給速度控23.5～1180mm/min；工作太快移速度Vmax=2300mm/m；X軸行程680mm；Y軸行程240mm；Z軸行程300mm；工作臺為320×1250mm。

3.1 橫向進(jìn)給絲杠的選擇

動載荷的計算：由工作循環(huán)周期求加速時間ta和加工時間tw：

式中：uv—工進(jìn)速度；amax—最大加速度。

求絲杠副的當(dāng)量轉(zhuǎn)速：

式中：mT—被加工工件最大重量；FW—最大切削力；FR—磨擦力。

計算滾珠絲杠動載荷Ca'：

式中：vfast—最快進(jìn)給速度；s—導(dǎo)程。所選擇的絲杠為外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型（CDM型）滾珠絲杠副型號為CDM5008-5公稱直徑為50mm，基本導(dǎo)程為8mm，負(fù)載鋼球圈數(shù)為5圈，定位滾珠絲杠副，螺紋旋向為右旋。

3.2 縱向進(jìn)給絲杠的選擇和校核

動載荷的計算：由工作循環(huán)周期求加速時間ta和加工時間tw：

式中：uv—工進(jìn)速度；amax—最大加速度。

求絲杠副的當(dāng)量轉(zhuǎn)速：

式中：mT—被加工工件最大重量；FW—最大切削力；FR—磨擦力。

計算滾珠絲杠動載荷Ca'：

式中：vfast—最快進(jìn)給速度；s—導(dǎo)程。所選擇的絲杠為外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型（CDM型）滾珠絲杠副型號為CDM5008-7.5公稱直徑為50mm，基本導(dǎo)程為8mm，負(fù)載鋼球圈數(shù)為7.5圈，定位滾珠絲杠副，螺紋旋向為右旋。

3.3 垂直方向進(jìn)給絲杠的選擇和校核

動載荷的計算：由工作循環(huán)周期求加速時間ta和加工時間tw：

式中：uv—工進(jìn)速度；amax—最大加速度。

求絲杠副的當(dāng)量轉(zhuǎn)速：

式中：mT—被加工工件最大重量；FW—最大切削力；FR—磨擦力。

計算滾珠絲杠動載荷Ca'：

式中：vfast—最快進(jìn)給速度；s—導(dǎo)程。所選擇的絲杠為外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型 （CDM型）滾珠絲杠副型號為CDM5010-5公稱直徑為50mm，基本導(dǎo)程為10mm，負(fù)載鋼球圈數(shù)為5圈，定位滾珠絲杠副，螺紋旋向為右旋。

4 結(jié)束語

該銑床數(shù)控化改造后投入生產(chǎn)，應(yīng)用在某機(jī)油泵殼體的平面和也的加工以及某液壓元件廠閥體油槽的銑削加工。使用結(jié)果表明，用改造后的銑床加工零件可提高加工精度，擴(kuò)大銑床使用范圍，并使生產(chǎn)效率大大提高，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。實踐證明，普通銑床的數(shù)控化改造對中上企業(yè)有借鑒和推廣意義。

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