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CA6140 车床进给系统数控改造中滚珠丝杠副的选型和计算
Jul 16, 2018  来源: 郑州航空工业管理学院   作者: 贺红霞, 赵 辉


  
      摘要:以CA6140 普通车床为例, 介绍了普通车床改造为经济型数控车床的设计方案。阐述了该车床纵向进给系统改造中的滚珠丝杠副的选型和验算的步骤及方法, 可为机床数控化改造提供一种参考。
  
     关键词:普通车床;数控改造;纵向进给系统;滚珠丝杠副
  
     1、CA6140 车床改造方案
  
    将CA6140 车床改造为经济型数控车床, 原机床的进给系统全部拆除, 纵向和横向均采用步进电动机※降速齿轮※滚珠丝杠副※溜板的传动方式。滚珠丝杠副是一种在丝杠与螺母间装有滚珠作为中间元件的丝杠副, 是回转运动与直线运动相互转换的传动元件。滚珠丝杠副具有传动效率高、摩擦力小、可预紧、使用寿命长等优点, 所以在各类中、小型数控机床的直线进给系统中得到普遍应用。
  
      
  
     改造后的纵向进给系统如图1 所示。
  
    支承间距l =1 500 mm , 支承滚珠丝杠的轴承为8107 型推力球轴承, 几何参数为d1 =35 mm , 滚动体直径dQ =6.35 mm , 滚动体数量zQ =18 。滚珠丝杠副及轴承均进行预紧。现以纵向进给系统改造为例, 介绍滚珠丝杠副的选型与验算。
  
    2、纵向进给系统的设计计算
  
    2.1 切削力计算
  
    最大切削功率
  
     
  
     
  
    2.2  滚珠丝杠副的选型和验算
  
    滚珠丝杠副的选型和验算主要是型号的选择和性能验算。
  
    滚珠丝杠的选用设计, 一般必须已知下列条件:丝杠的最大轴向载荷Fmax(或平均工作载荷Fm)、使用寿命T 、丝杠的工作长度(或螺母的有效行程)、丝杠的转速n(或平均转速)、丝杠的运转状态等, 以纵向为例, 可按以下步骤计算:

    (1)滚珠丝杠轴向进给切削力的计算纵向进给为综合型导轨, 滚珠丝杠轴向进给切削力
  
     
  
   (5)从滚珠丝杠尺寸系列表(或产品样本)中找出额定动载荷Ca 略大于当量动载荷Cm , 同时考虑刚度要求, 初选滚珠丝杠副的型号及有关参数。

   (6)根据机床结构和工作要求(即循环方式、预紧方式、传动精度、传动效率等方面)从初选的几个型号中挑选比较合适的公称直径、导程、负荷滚珠列数和滚珠圈数, 确定某一型号。
  
     
  
    2.3 刚度验算的计算
  
    滚珠丝杠副刚度的验算, 主要是验算丝杠的拉伸或压缩变形量δ1 、滚珠与螺纹滚道接触变形量δ2和支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形δ3 之和应不大于机床精度所允许变形量的1 2 。否则, 应考虑选用较大直径的滚珠丝杠副。滚珠丝杠的变形量计算步骤如下:
  
    (1)丝杠的拉伸或压缩变形量
  
     
  
      
    
    三级精度滚珠丝杠允许的螺距误差为15 μmm , 故刚度足够。
  
    因为滚珠丝杠两端都采用推力球轴承并预紧,因此不会产生失稳现象, 故不需做稳定性校核。
  
    3、 结语
     
    通过以上的计算, 获得的CDM4006 -2 .5 -P3纵向进给系统的滚珠丝杠副, 在数控改造CA6140 车床应用后, 机床工作台运转平稳、灵活、精度高、噪音低, 可以满足实际生产加工要求。
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