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台湾HIWIN上银、TBI滚珠丝杠​载荷的计算方法

摘要:TBI、HIWIN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、无间隙等显着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。

       TBI、HIWIN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、无间隙等显着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。

  TBI、HIWIN上银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。
  理论上应该先选丝杠再选电机的,既然电机已经选完了,那就大致按以下步骤选丝杠吧:
  1—以负载确定直径。电机性能参数中有输出扭矩,如果还带减速器也要算进去(考虑效率),计算一下实际工况中需要多大推力,滚珠丝杠样本(跟厂家要)有负载参数(即推力参数,一般标示为动负荷和静负荷,看前者即可),选择滚珠丝杠的公称直径。
  2—以直线速度和旋转速度确定滚珠丝杠导程。电机确定了就知道输出转速,考虑一下你需要的最大直线速度,把电机转速(如果带减速器再除以减速比)乘以丝杠导程的值就是直线速度,该值大于需要值即可。
  3—以实际需要确定确定滚珠丝杠长度(总长=工作行程+螺母长度+安全余量+安装长度+连接长度+余量。如果增加了防护,比如护套,需要把护套的伸缩比值(一般是1:8,即护套的最大伸长量除以8)考虑进去。
  4—以实际需要确定滚珠丝杠精度。一般机械选C7以下即可,数控机床类选C5的比较多(对应国内标准一般是P5~P4和P4~P3级,具体参看样本)。
  5—以安装条件和尺寸结构等确定滚珠丝杠螺母形式(螺母有很多结构,不同的螺母结构尺寸略有不同,视情况选择,建议不要选太特殊的,万一出点毛病维修换件无门)。
  6—询问所选产品厂家的价格、付款条件和交货时间。这一点设计人员不要以为就是采购的事,事实上很多厂家(进口国产一个样)的产品样本上有的型号它根本就不生产或者不接小额订单,印上去大概是为了显示我是大厂,无所不能造。别等你选完了出完图了其他件按这个型号开始做配件了去购买的时候人家告诉你这个型号交货期需要3、4个月就完蛋了。
  7—选择确定安装方式(端部)。这个安装件可以自己设计,也可以买现成的,有标准安装座可选。自己设计注意受力状态,轴承最好选择7000或3000系列的,因为丝杠工作时主要受轴向力,径向受力要尽力避免。
  8—考虑导向件和安装能力。推荐和滚珠丝杠配套的导向件选择滚珠直线导轨,当然直线轴和直线轴承的搭配是相对经济的选择。
  9—根据以上已确定条件绘出TBI、HIWIN上银滚珠丝杠图纸(主要是端部安装尺寸,这个要详细,要提供形位尺寸和公差)。

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