丝杠预拉伸

丝杠预拉伸 (三)丝杠的预拉伸 在制造时，使丝杠螺纹部分的长度小于公称长度(导程乘螺纹圈数) 一个预拉伸量。预拉伸量略大于热膨胀量。装配时，通过一定拉伸结构， 将丝杠拉长一个预拉伸量，使丝杠螺纹部分到公称长度。工作时，热膨胀 量抵消部分预拉伸量，丝杠拉应力下降，但长度不变。从而保证螺距精度 不受热膨胀的影响。 用經濟型數控系統改造普通車床的設計 尹成湖 吳書迎 張 英 摘 要 用經濟型數控系統改造車床的設計 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 論証、數控系統的造型、 進給系統設計計算在文中作了詳細論述。 關鍵詞 經濟型數控系統,車床,改造 《中國圖書資料分類法》分類號 TG519.1 文獻標識碼 A The Design of Applying CNC System to Lathe Remoulding Yin Chenghu Wu Shuying Zhang Ying Department of Mechanical Science & Engineering, Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang,050054 Abstract The paper gives a detailed introduction of the design plan of applying CNC system to lathe remoulding,the CNC system pattern ,and the design and calculation of feeding system. Key words CNC system;lathe;remould 隨著科學技朮的迅速發展，市場競爭日趨激烈，在機械制造中，中小批生產占加工總量的比例越來越大,客觀上要求與之相適應的加工設備的自動化程度越來越高。 目前，我國擁有300多萬台機床，大都是多年來生產積累的通用機床，柔性和自動化程度低。要想在短時期內大量地更新現有設備，無論從資金還是國內機床制造廠的生產能力都很難做到。對舊機床進行數控化改造投資少，見效快，是機械制造廠挖潛技改的一條成功之路。 1 改造原理及改造方案 1.1 改造原理 目前，數控系統種類繁多，按數控系統的性能價格比分為:經濟型數控系統、標准型數控系統、全功能型數控系統和特殊型數控系統四檔產品。 經濟型數控系統也稱簡易數控系統(simple numerical control system)。其特點是價格便宜、精度適中、功能簡化，針對性強，適用于老設備技朮改造和產品更新。 標准型數控系統的特點是功能較全，價格適中，適用于中檔的數控機床，應用較廣。 多功能型數控系統的特點是功能齊全，價格較貴。適用于加工復雜零件的大中型機床以及FMS、CIMS中使用的數控機床。 特殊型數控系統適用于各類特種加工機床，如電加工機床，超精加工機床等。 1 依據經濟實用原則。對中小型車床的改造廣泛采用步進電機驅動的開環控制系統。用經濟型數控系統改造后車床的控制原理如圖1所示。改造后的車床可以自動車削圓柱面、圓錐面、端面、球面、螺紋等。 圖1 經濟型數控車床控制框圖 1(2 改造方案 結合生產實際，依據工藝要求和被改車床的完好程度，可采用不同的改造方案。 對實際役齡較短，零部件完好，精度尚未降低，導軌刮花可見或實際役齡較長經修復后達到精度要求的機床可作如下改造。安裝脈沖編碼器將主軸的轉速與進給量聯系起來。將原機床的刀架拆除換成電動刀架實現自動換刀。將原機床的桂輪系統、進給箱、溜板箱、絲杠、光杠拆除，換成由步進電機、齒輪減速裝置和滾珠絲杠組成的進給傳動系統。縱向步進電機及齒輪減速裝置安裝在拆除進給箱處的床身上。滾珠絲杠支座可安裝在原絲杠的安裝基面上，螺母支座安裝在縱向拖板上。縱向進給傳動示意圖如圖2所示。橫向步進電機及齒輪減速裝置安裝在縱向溜板上橫向絲杠尾端處。滾珠絲杠安裝在原絲杠位置，并對原絲杠支承部位、螺母座部位以及原空間尺寸進行加工。注意橫向滑板與齒輪減速裝置是否碰撞，若碰應采取 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。橫向進給傳動示意圖如圖3所示。 圖2 縱向進給傳動示意圖 圖3 橫向進給傳動示意圖 2 經濟型數控系統的選擇 目前，國內生產的經濟型數控系統有多種類型。經濟型數控系統主要包括數控裝置、坐標軸驅動(或伺服)系統、主軸驅動系統、刀架及輔助功 能的強電控制與驅動系統、接口等。 經濟型數控裝置有步進電機驅動的開環數控裝置、直流電機驅動的半閉環數控裝置和點位式經濟型數控裝置三種。對于數控車床改造一般選用步電機驅動開環數控裝置。選擇時主要考慮以2 下性能:CPU類型、用戶容量、控制軸或聯動軸數、設定單位、插補類型、編程尺寸及編程標准，G、M、S、T、F功能、刀補功能、間隙補償功能及循環功能、顯示方式及顯示信息的形式。絕對編程、增量編程、程序輸入方式以及報警、診斷等。根據需要選擇相應的性能。 步進電機驅動單元的性能參數:步進電機性能參數及安裝尺寸，控制箱與電機的接線型式。系統的快速度給速度、空載起動頻率，靜態轉矩，系統升頻降頻時間，起動矩頻特性、起動慣頻特性、運行矩頻特性。驅動電路的型式:高低壓驅動電路、斬波驅動電路、調頻調壓驅動電路、細分驅動電路、電流檢測型功率放大電路等。不同的電路型式、其工作性能不同，根據加工需要合理選擇。 刀架控制與驅動系統主要考慮刀架型式，如四位或八位電動刀架，或轉塔六位刀架。定位精度及重復定位精度，換刀時間、刀具選擇時刀架的轉向、夾緊力。刀杆尺寸及裝夾刀具結構型式等性能參數。 強電接口及弱電接口、主要根據工作需要選擇。如工件自動夾緊。加工螺紋時，主軸的脈沖編碼器與數控裝置的接線。程序輸入接口等。 國內生產的經濟型數控系統的類型有:BCK2?001，BKC2?005，GWK?1A,?/?,JWK?20T，BKC2?8A，GSK?928，2385?1T等系列產品。廣泛應在數控改裝及老產品改型車床中。在選擇時，除性能參數外，還要 考慮其外型，安裝形式等因素。結合設計計算選擇合適的經濟型數控系統。 3 進給系統設計計算 3.1 確定系統的脈沖當量δp 開環控制系統中，脈沖當量是衡量機床加工精度的一個基本參數，是機床的最小設定單位。經濟型數控車床的脈沖當量是根據加工精度要求確定，一般取縱向:δp,0(01(mm,脈沖)， 橫向:δp=0.005mm/脈沖(常指半徑尺寸)。 3.2 進給系統的運動設計 根據傳動方案圖2、圖3和機床進給系統的脈沖當量、初步確定步進電機的步距角θb、 和導程ph和齒輪傳動的總量速比i。 式中θb為反應式步進電機的步距角。對于中小型車床的改造。一般采用110,150 BF系列，其值為0.75?,1(5?，其它形式步進電機θb查產品樣本。 ph為滾珠絲杠異程，車床改造中取ph,5，6，8。 3(3 確定進給系統的工作負載 不同的用戶對車床的用途不同，切削條件和切削用量就不同，因此切削力就不同。 3.1.1 按切削用量計算切削力 對于專門用途的車朮改造，應根據其切削用量按切削力計算公式計算切削力。 3.3.2 用經驗公式計算切削力 對于變動工作用量的車床改造，用經驗公式計算切削力Fc，進給方向 上的分力Ff,吃刀方向上的分力Fp。 F1(5 c=0.67D 3 式中，D為車床床身上的最大回轉直徑(mm)。 Fc:Ff:Fp=1:0.25:0.4。 3(4 滾珠絲杠副傳動設計 3.4.1 結構類型 根據被改機床的結構特點、空間大小、安裝調整方便等選擇合適的結構類型。如循環方式、預緊方式、結構特征等。 3.4.2 精度等級 根據被改機床的定位和傳動要求，考慮經濟、實用、可靠的原則，依據 規定，橫向取 3.4.3 根據導軌的類型、結構及組合形式確定。 三角形矩形組合導軌在縱向的牽引力 矩形組合導軌在縱向的牽引力 燕尾形導軌在橫向的牽引力 式中，A??移動部件的重力 f′??當量摩擦系數，正常潤滑的滑動導軌，三角形和矩形導軌， 導軌f′=0.2。K??填覆力矩影響系數,三角形和矩形導軌 滾珠絲杠副在變動轉速和變動負荷條件下，必須折算成當量轉速和當量負荷進行壽命計算。 對于專門用途的車床改造，絲杠的工作狀況容易確定。其當量負荷和當量轉速為 (N)、轉速 F2、 對于變動工作用量，轉速與載荷變化復雜，不便于設計計算。為此作如下處理: 式中， Q′、n′??絲杠非切削時的作用負荷 3.4.4 在實際使用時， KFf，f′(Fc 4 JB3162.2?91標准4級，縱向取4或5級。 Q為 Q,，G)， Q為 Q,KFf，f′(Fc+Fp+G)， Q Q,KFp，f′(Fc+2Ff+G) (N)， Fc、Ff、Fp??切削力及分力(N)。 f =0.15,0.18,燕尾形K=1.1,1.15,燕尾形導軌K=1.4。 、時間(min)。 (即導軌的牽引力)，轉速。 (切削力為零時導軌的牽引力)、轉速。 工作溫度、負荷性質、精度等級、可靠性要求以及工作期限等狀態與樣本上3或滾珠絲杠的作用載荷計算(r/min)n2、t2??切削狀態運動時，絲杠上作用的負荷，轉速、時間、單位同上。Q、n??絲杠在切削時的作用負荷滾珠絲杠額定載荷計算 標准狀態不完全相符，因此，需要進行修正。修正后的額定載荷為: C0,KtKwKaKLFm， 式中:Kt??溫度系數，小于100?時取1，200?時取1.25，300?時 取1.67。Kw??負荷性質系數、一般運轉取1.2,1(5,Ka??精度等級系數，1，2，3級時取1.0,4，5級時取1.1,7級取1.25,10級取1.43。，工作期限系數。Th為預定的工作期限，取Th,10000 h。nm為絲杠的當量轉速(r/min)。當nm,10r/min時，按靜載荷選擇。Fm??絲杠的當量負荷(N)。 根據額定載荷選擇滾珠絲杠的公稱直徑、滾珠圈數等參數。 3.4.5 滾珠絲杠的剛度驗算 滾珠絲杠在軸向力的作用下產生拉伸或壓縮。在扭矩的作用下產生扭轉，這將引起絲杠導程的變化，從而影響其傳動精度及定位精度，因此滾珠絲杠應驗算滿載時的變形量。 滾珠絲杠在工作負載Q的作用下引起那種L0的變化量ΔL為 滾珠絲杠在扭矩M的作用下引起導程的變化量ΔL′為: 式中，Q??工作負載(N),L2 0??滾珠絲框的導程(mm),E??絲杠材料的彈性模量((N/mm), F??滾珠絲杠內徑載面積(mm2), φ??滾珠絲杠每個導程長度上兩截石的相對扭轉角。 絲杠在總長上的變形量δ為 式中L為絲杠的總長(mm)。 滾珠絲杠變形的許充值可按下列數據驗算:對絲杠精度等級為:1、2、3、4、5級,絲杠每1m長度上允許的變形量不大于:5、10、15、30、60(μm/m)。 對不滿足剛度要求時，可采取預拉伸結構，加大絲杠直徑等措施。直到滿足要求為止。 3.4.6 滾球絲杠穩定性驗算 若機床滾珠絲承受軸向壓力時，要進行壓杆穩定驗算其臨界負載PR P22 R=πEJ/(μL)， 式中，E??絲杠的彈性模量(N/mm2),J??絲杠載面慣性矩(mm4),μ??軸端系數，一端固定另一端自由時，μ,2,一端固定，另一端裝向心球軸承時，μ,2,3。 L??絲杠的工作長度(mm)。 為保証穩定性，PK,Q?2(5,4。 5 4 步進電機的選擇 4.1 按運行矩頻特性確定 步進電機在工作頻率下的轉矩M為， 式中，η為步進電機到移動部件的傳動效率。 步進電機運行轉矩須小于步進電機的啟動轉矩，即相數和工作方式的關系為方式時λ 為了給所選步進電機留有余量，應乘安全系數數取大值，低時取小值。4.2 按起動矩頻特性確定。 步進電機的最高頻率發生在最大快速移動狀態。速移動速度 步進電機起動時的負載包括兩項。及電機轉子因起動加速度引起的慣性力矩。得Q代入 設:電機轉子的轉動慣量為輪的轉動慣量為軸上的轉動慣量 步進電機的起動轉矩 式中，ε 根據步進電機起動矩頻特性確定對應的靜態轉矩，最大靜態轉矩。4.3 按起動摜頻特性確定 根據電機軸上的等效轉動慣量，起動頻率、以及起動頻率下慣性力矩，確定對應靜態轉矩，然后乘以安全系數就是所選步進電機的最大靜態轉矩。5 結 論 用經濟型數控系統改造機床對保証加工 質量、一條行之有效的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。 本文 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了不同要求和不同條件下的改造方案，關公式，為機床改造設計提供了依據和方便。作者簡介:作者單位:6 M,Mq。Mq與步進電機的最大靜轉矩Mq,mjmax,λ，電機三相六拍工作方式時，。故步進電機能正常工作。其最大靜轉矩Mjmax,S,1(5,3。在較高頻率下工作時，安全系 fmax,1000Vmax,。fmax應小于步進電機的最高運行頻率。 第一項為各運動部件的摩擦阻力矩，第一項計算只要將3.4.3M0，第二項需將各運動部件的質量及轉動慣量等效到電機軸上。Jm。小齒輪與大齒輪同寬、結構相同，傳動比。絲杠的導程為Pn，轉動慣量為JS。移動部件的重量為為: Mq應滿足: tm為步進電機上升到最高頻率fmax然后乘以安全系數就應是所選步進電機的 降低勞動強度，提高機床的柔性和自動化程是 闡述數控系統選擇依據。 1961年出生，副教授，碩士。 吳書迎 河北科技大學機械科學與工程系 石家庄Mjmax、λ,0(866，五相十拍工作,0(951Mq/λ?M,λ。 60δp，Vmax為移動件最大快(m/min)第二項為各運動部件中的切削力及分力等于零求4.1求得摩擦轉矩為 i,Z2,Z1，小齒J1G。則等效到步進電機J 為步進電機角加速度,所需要的時間,。 以及設計計算的有尹成湖，男，尹成湖 050054 張 英 河北科技大學信息科學與工程系 參考文獻 ,1, 李福生主編.實用數控機床技朮手冊,M,.北京:北京出版社，1993 ,2, 龔炳錚主編.機電一體化技朮應用實例,M,.北京:機械工業出版社，1994 ,3, 戴曙主編.金屬切削機床,M,.北京:機械工業出版社，1994 ,4, 林其駿主編.機床數控系統,M,.北京:中國科學技朮出版社，1991 ,5, 機床手冊編委會.機床設計手冊,M,.北京:機械工業出版社，1986 責任編輯:卞銅身 收稿日期:1997-09-27,修回日期:1999-05-10, 1 滚珠丝杠公称直径与公称导程组合、制造范围 3 滚珠丝杠副的结构类型、编号方法 5 滚珠丝杠副的精度 5.1 精密等级 根据使用范围及要求将滚珠丝杠副分为定位滚珠丝杠幅(P)传动滚珠丝杠副(T)，精度分为七个等级，即1、 2、3、4、5、6、7、10级，1级精度最高，依次降低。 5.2行程偏差和行程变动量 根据滚珠丝杠副类型按下表检验 7 5.2.1 有效行程内的行程偏差ep与行程变动量VUP: 有效行程是有精度要求的行程长度LU Lu=Lx+2La+LnLa安全行程La=(1-2)ph Lx机械最大行程 Ln螺母的长度ph公称导程 E1-E2按国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 GB/T17857.3-1998，“滚珠丝杠副的验收条件和验收检验”。见附表1。 5.2.2 300mm行程内与2π弧度行程内行程变动量V300P与V2 π p E3-E4按国家标准GB/T17857.3-1998，“滚珠丝杠副的验收条件和验收检验”。见附表1续。 5.2.3 余程Le 余程是没有精度要求的行程长度。 余程表6 6 行程补偿值C 6.1 滚珠丝杠的热变形将导致长度、定位精度变化，热变形可由下式给出: δt=α*?t*Lu (公式1) α-热膨胀系数(12.0*10-6) ?t -温升(一般取2-4?) Lu-有效行程(Lu=Lx+2La+Ln)或 Lu=L1-2Le 8 L1-螺纹全长 Le-余程 Le见表6 6.2 目标行程Phs 为了补偿由于热膨胀或弹性变形引起的丝杠长度变化，将滚珠丝杠的导程制造得稍大于或小于公称导程，着根据实际需要提出得含有方向目标要求的导程叫目标导程。目标导程乘以丝杠上的有效圈数叫目标行程。 6.3 目标偏差 C 目标行程和公称行程之差叫行程偏差C，为了补偿热变形的影响，行程偏差C=δt(δt见公式1)并为负值。 6.4 丝杠的预拉伸力 偿热变形，预拉伸力Ft: Ft=δt*A*E/ Lu=α*?t*E*(πd22/4)(公式2) E-弹性模量 2.1×105Mpa(即2.1×105N/mm2) d2-丝杠底径(mm) ?t-温升(一般取2-4?) 7 基本额定载荷及寿命 7.1 轴向基本额定静载荷Coa 滚珠丝杠副在承受最大接触应力处产生不大于0.0001倍的钢球直径的永久 变形时，所能承受的最大轴向载荷。 7.2 轴向基本额定载荷Ca:一组(相当数量)相同参数的滚珠丝杠副，在相同的条件下，运转106转时，90% 的滚珠丝杠副的螺纹滚道的表面或钢球的表面不发生疲劳点蚀所能 承受的最大轴向载荷。 Coa和Ca在样本中已经给出，可以查找选用 9 7.3 预期寿命 Lh – 用预期运行时间表示(h) Ls – 用预期运行距离表示(km) 直径偏大，而不经济。故通常推荐Lh按表7选择。 7.4 滚珠丝杠副的当量载荷Fm及当量转速nm: 滚珠丝杠副在转速n1 n2??ni条件下，工作时间分别是t1t2??ti所受载 荷分别是F1 F2??Fi。 7.5 额定动载荷下限值的Cam计算: 滚珠丝杠副在当量载荷Fm及当量转速nm条件下运转，达到预期寿 命Lh或Ls时所能承受的最大轴向载荷 Cam，设计时选用滚珠丝杠副的Ca?Cam 7.5.1 按滚珠丝杠副的预期工作时间Lh计算: (N)(公式5) 7.5.1或按滚珠丝杠副的预期运行距离Ls计算: (N)(公式6) 10 fa 为精度系数，根据预定的精度按表8选取: fw 为载荷系数，按表9选取: 7.6 额定静载荷下限值Coam计算: Coa?Coam=fsFmax(公式7) Fs 安全系数。一般为1.2-2，有冲击、震动的运动1.5-3 Fmax是外加在滚珠丝杠副上的最大轴向载荷 8 滚珠丝杠副安装部位的形位公差 图2 E5-E11见国家标准GB/T17857.3-1998，“滚珠丝杠副的验收条件和验收检验”。见附表2。 9 滚珠丝杠副的预紧与轴向接触刚性 9.1 预紧的目的 预紧就是在滚珠丝杠副内，预先施加轴向载荷Fp。 图3是外加轴向载荷Fa和滚珠之间轴向弹性变形δ的关系曲线，曲线1为无预紧状态，曲线2为有预紧 11 状态，Fp是相当于预紧力大小的外加轴向载荷。表10是有或无预紧的情况下，滚珠丝杠副在承受不同的 外加轴向载荷Fa时，滚道与滚珠之间轴向弹性变形δ。 由表10可见预紧的目的时，消除滚珠丝杠副的轴向间隙，提高滚珠丝杠副的轴向接触刚性K，并且在外加 轴向载荷小于3倍预紧力的情况下，轴向刚性K是常数(但Fa>3Fp后，予压消失) 图3 9.2预紧的方式 9.3 滚珠丝杠副的轴向接触刚性K 样本上给出的刚度值仅考虑滚道与滚珠之间的轴向变形，不考虑螺母本身及丝杠本身的变形。 9.3.1 不预紧的滚珠丝杠副的轴向接触刚性Ka 由于其轴向刚性是随外加轴向载荷Fa增大而增大的，所以样本中规定不预紧的 滚珠丝杠副轴向接触刚性，是外加轴向载荷等于0.3Ca时的轴向接触刚性值，当实际施加的外加载荷Fa不等于0.3Ca时，对应的轴向 接触刚度Ka按下式计算: Ka=[Fa/0.3Ca]1/3 (N/μm) (公式8) K-样本上的刚度值(N/μm) Ca-样本上的额定载荷(N) Fa-实际工作施加的动载荷(N) 12 9.3.2 预紧滚珠丝杠副的轴向接触刚性Ka Ka随着预紧力Fp的增大而增大，在滚珠丝杠副承受最大轴向载荷Fmax?3Fp 范围内Ka是一个常数，但预紧力Fp太大，会导致发热量增加，寿命减少。所以预紧力Fp按Fp=Fmax/3选取，并大致符合表12要求， 当Fmax不知道时，推荐按表12选用。 K按预紧力Fp=0.1Ca给出(增大滚珠直径预紧按Fp=0.05Ca 当预紧力Fp不是样本上的数值时，Ka也与样本上的数值不同。此时Ka可按下式计算 Ka=K[Fp/εCa]1/3 (公式9) ε=0.1(增大滚珠直径预紧时ε=0.05) Fp-滚珠丝杠副的预紧力(N) Ca-样本上的额定动载荷(N) 10 滚珠丝杠副的转矩 Tpo:有预加载荷的滚珠丝杠副，在没有外加载荷的情况下，丝杠与螺母相对连续 转动所需力矩(不包含螺母两端密封件的摩擦力矩) Tpo=10-3*(Fp*Ph/2π)*[(1-η2)/η] (N*m) (公式10) Fp-轴向预加载荷(N) Ph-导程(mm) η-传动效率 精度:1.2级取η=0.95，3.4级取η=0.9，5.7.10级取η=0.85 )， 13 样本中预紧滚珠丝杠副的轴向接触刚度给出10.1 理论动态预紧转矩 10.2 最大动态预紧转矩Tpmax:丝杠与螺母相对连续转动时，实际动态预紧矩以理论动态预紧转矩为中心上下波动，允许的波动范围ΔTp称动态预紧转矩公差，ΔTp见国家标准GB/T17857.3-1998，“滚珠丝杠 副的验收条件和验收检验”。见附表2续E12。 Tpmax=Tpo×(1+ΔTp)(N*m)(公式11) 10.3 正传动转矩 将回转运动转变为直线运动称正传动。 Ta=10-3* FaPh/2πη1(N*m)(公式12) Ta-加在滚珠丝杠副上的驱动力矩 η1-正传动效率 Fa-滚珠丝杠副承受的轴向载荷(N) 10.4 逆传动转矩 将直线运动转化为回转运动称为逆传动。 Tb=10-3* FaPh*η2/2π(N*m)(公式13) Tb-加在滚珠丝杠副上防逆转动 的力矩 η2-逆传动的效率(0.90-0.85) 滚珠丝杠副的安装方式 安装方式对滚珠丝杠副承载能力，刚性及最高转速有很大影响。常见 安装方式有以下四种情况(见图4) (1)固定-自由; (2)支承-游动 (3)固定-固定 14 图中以左端轴承作轴向定位，各符号的意义见表13 (2)支承——游动 (3)固定——游动 (4)固定——固定(图中设b1?b2) <> 15