Page 70 - 《橡塑技术与装备》2020年16期（8月下半月）

橡塑技术与装备（塑料） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (PLASTICS) 产品与设计 赵士龙·数控激光切割机床总体和垂直进给系统设计

已知 ：行程 360 mm，W 1 =800 N，µ 0 =0.2。 代入数据得 ：
代入数据得 L=1 100 mm，F 0 =150 N，d 2m =9.6 mm。 k smin =782 N/µm

2.3.6 确定滚珠丝杠副的规格 ②丝杆最大抗压刚度
（1）法兰的形式选用内循环浮动式，预紧形式采 d 2 2 ⋅l 1 2
图 3 滚珠丝杠装配图 用直筒螺母型垫片的方式。 k s min = 6 . 6 × 4l 0 ( −ll 1 0 ) × 10
2.3.2 导程计算 （2）通过取得数据 P h ，c am ，d 2m 等参数值，从《机 代入数据得 ：
械设计手册》中选取滚珠丝杆副相应的规格 [5,6] ： k smin =9 000 N/µm
V max
P = i − n max X 向： FFZD2504-3/420×550 ； Y 向： FFZD2504- (2) 支承轴承组合刚度
h
式中 ： V max — 工作台的最大移动速度 ； n max — 电 3/380×550。 ①一对预紧轴承的组合刚度
机的最大转速 ； i— 传动比。 P h =5，c a =20 000 N>c am =12 854 N。 K B 0 = 2× . 2 34× 3 d Q z 2 F a max sin β
5
电机与丝杆间为齿轮连接式，i=4（取一级减速齿 2.3.7 确定滚珠丝杠副预紧力
式中 ：
轮 )。由上表查得 W 1 =4 m/min ； n max =1 500 r/min，得 F p =F max /3
d Q —— 滚珠直径，mm ；
图 2 垂直进给系统 P h =5.6 mm。 其中 F max =2 100 N，则 F p =728 N。 z—— 滚珠数 ；
2.3.8 行程补偿值与拉伸力
表 1 切削力 - 速度 - 时间比例表 F amax —— 最大轴向工作载荷。
.
-1
切削方式 纵向切削力 P xi /N 垂直切削力 P xi /N 进给速度 V i /(m . min ) 工作时间百分比 /% 丝杆轴向载荷 /N 丝杆转速 /(r min) （1）行程补偿值 [5,6] ，3306
强力切削 2000 1000 0.5 10 2 000 55 C=11.8 △ t lµ ×10 -3 轴承接触角由《机械设计手册》查得
一般切削 1000 500 0.7 30 2 000 75 轴承 F amax 是预加载荷的三倍。
静切削 500 200 1 50 600 95 式中 l µ =L k +L n +2L a ，查《机械设计手册》有 L k =
快速进给 0 0 4 5 1 000 370 k amax =8 700 N/µm K B0 =375 N/µm
950，L n =110，L a =15， △ t=2.5 ℃。i 代 入 数 据 得
②支承轴承组合刚度
查《机械设计手册》 [5,6] ，取 P h =5 mm。 代入数据得 F m =1 049 N。 C=32µm。 k b =2K B0 k b =750 N/µm
2.3.3 确定当量转速与当量载荷 2.3.4 初选滚珠丝杠副 （2）预拉伸力
2 ③滚珠丝杆副滚珠和滚道的接触刚度
（1）各种切削方式下，丝杆转速 由公式《机械设计手册》知 ： F t =1.95 △ t×d 2 F
代入得 F t =5 107 N。 k = k ' ( p ) 3 / 1
n i =V i /P h 10 6 c f f ⋅ f ⋅ f ⋅ c c 1 . 0 c
L = ( × a × t h a k ) 3 a
而 V 1 =0.5，V 2 =0.7，V 3 =1，P h =4。 h 60n m F m f w 2.3.9 确定支承滚珠丝杠副所用轴承规格 k＇ c =2 150 N/µm c a =2 200 N F p =728 N
则可得 ： n 1 =120，n 2 =160，n 3 =200，n 4 =800。 查《机械设计手册》得 ： （1）轴承做承受的最大轴向载荷 代入数据得 ：
（2）各种切削方式下，丝杆轴向载 f t =1，f h =1，f a =1，f k =0.53，f w =1.3，L h =10 000 h F Bmax =4 500+2 000=6 500 N k c =1 491 N/µm
F i =P xi +(w 1 +w 2 +P zi )/10 代入数据可求得 ： c a =12 987 N=12.57 kN。 （2）轴承类型 2.3.12 刚度验算及精度选择
式中 ： F i —— 丝杆轴向载荷 ； 2.3.5 确定允许的最小螺纹底径 两端固定的支承形式，选用 30° 的圆锥滚子轴承。 d Q =3.5，z=17，β=60°
P xi —— 纵向切削力 ； （1）估算丝杆允许的最大轴向变形量 （3）轴承内径 1/k min =1/k smin +1/k b +1/k c 1/k max =1/k smax +1/k b +1/k c
P zi —— 垂直切削力。 ① δ m ≤（1/3-1/4) 重复定位精度 ； ② δ m ≤ d 略小于 d 2 =40， F B =F Bmax /3，取 d=30。代入数据得： 1/k min =1/476 F 0 =µ 0 w 1
P xi （i=1,2,3,4) 分别是 2 000 N， 1 000 N， 500 N， （1/3-1/5) 定位精度。 F B =2 290 N。 已知 ： F 0 —— 静摩擦力，F 0 =160 N ；
0N。Pzi（i=1,2,3,4) 分别是 1 000 N，500 N，200 N， δ m ：最大轴变形量 µm。已知重复定位精度 10 ①轴承的预紧力负载≥ F BP 。 µ 0 —— 静摩擦系数，µ 0 =0.2 ；
0N。已知 w 1 =800 N， w 2 =200 N。则可得 F i （i=1,2,3,4) µm，定位精度 25 µm。 ②从《机械设计手册》内选取轴承规格 [5,6] 。 w 1 —— 正压力，w 1 =2 446。
分别为是 2 100 N，1 100 N，600 N，1 000 N。 ① δ m =3 µm ；② δ m =6 µm。 当 d=17 mm 时，预加负载≥ F BP ，所以选 32302 (1) 验算转动系统的刚度
（3）当量转速 取两种结果的最小值 ： δ m =3 µm。 轴承。d=17，预加负载为 2 900>F BP =2 290 N。 k min =1.6F 0 / 反向差值 ；已知反向差值和重复定位
n m =n 1 t 1 /100+n 2 t 2 /100+n n t n /100 (2) 估算螺纹最小底径 2.3.10 滚珠丝杠副设计 精度为 10。故 k min =30>25.6。

式中 ： n m —— 当量转速，r/min ； 对丝杆进行预拉伸，并采用两对端固定支撑的方 L s =380，L 1 =510，L ε =600，L 0 =20 (2) 传动系统刚度变化引起的定位误差
t 1 ，t 2 ，t n —— 工作时间百分比。 式： 2.3.11 传动系统刚度 1 1
δ k = F 0 ( − )
则 n m =n 1 t 1 /100+n 2 t 2 /100+n 3 t 3 /100+n 4 t 4 /100 引入 10 ⋅ F L ⋅ F L ⋅ （1）丝杆抗压刚度 k min k max
d 2 m =10 0 = 039.0 0
数据得，n m =200 r/min。 Π ⋅ δ ⋅ E δ m ①丝杆最小抗压刚度 代入得 ： δ k =12 µm。
m
2
（4）当量载荷 式中 ： d 2m —— 最小螺纹底径 mm ； L=(1.2~1.1)行 k smin =(6.6d 2 /l 1 )×10 2 (3) 确定精度
n ⋅t n ⋅t n ⋅t n ⋅t 程 +(14-10)P h ；静摩擦力 F 0 =µ 0 W 1 。 式中 ： d 2 —— 丝杆底径 ； l 1 —— 固定支承距离。 v 300p ：任意 360 mm 内行程变动量对系统而言，v 300p ≤
F = 3 F 3 × 1 1 + F 3 × 2 2 + F 3 × 3 3 + F 3 × 4 4
1
m
n m ⋅ 100 2 n m ⋅ 100 3 n m ⋅ 100 4 n m ⋅ 100
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