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度，有利于提高設(shè)備的利用率，擴大機床的使用范圍，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)和改造機械部分，主要進行改造的是機械部分。機械部分改造主要對滾珠絲杠的選用進行分析，使其提高機床的定位的精度和重復(fù)定位精度，使之達到定位精度±0.01mm，重復(fù)定位精度達到±0.001mm進給速度達到1～4000mm/min，快移速度達到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。滾珠從螺紋滾道進入反向器，借助反向器迫使?jié)L珠越過絲打牙頂進入相鄰滾道，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；機床定位精度±0.01mm；機床重復(fù)定位精度±0.001mm；工作臺進給速度控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。

[1]李洪.實用機床設(shè)計手冊[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

[2]吳祖育，等.數(shù)控機床[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1990.

[3]林其駿.機床數(shù)控系統(tǒng)[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，1991.

[4]文懷興.數(shù)控銑床設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社，2005.