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1、, 论文题目 基于异型薄壁零件的三轴联动 数控电火花成型加工机设计研究 学 号 081050452 姓 名 周红梅 指导教师 曹亚光 职称 职称 市 校 南 通 分 校 教 学 班 08春机械(本) 2010年 5 月 毕业设计论文“人才培养模式改革和开放教育试点” 机械设计制造及自动化专业（本科）,摘 要电火花成形加工技术在制造业领域占有重要地位，是实现难加工材料、复杂零件精密加工的有效手段。近年来，随着模具工业和计算机技术的发展，促进了多轴联动电火花加工技术的进步。采用多轴回转系统与多种直线运动协调组合成多种复合运动方式，以适应不同种类工件的加工要求，扩大了数控电火花加工的加工范围，提高其
2、在精密加工方面的比较优势和技术效益。数控电火花加工机床可利用多轴联动加工，很方便地实现传统电火花机床难以加工的复杂型腔模具或微小零件的加工。本课题根据企业的实际生产需求，将多轴联动控制技术应用于生产实际，通过对数控电火花机床机械系统功能进行分析，完成了电火花成型机床总体结构和进给系统的设计；同时，基于多轴联动控制的要求，在机床主要的加工成形运动基础上引入多种直线运动协调组合的复合运动方式，以满足工件加工要求，并在此基础上完成了控制系统的硬件设计和软件控制。电火花成形加工要在加工精度、加工效率、加工范围等方面取得重大突破，一个重要的发展方向就是对机床成形运动方式的创新和多样化。本课题的研究，是对
3、电火花成型加工发展方向的一次有益尝试，通过改进电火花加工机床的伺服系统、控制系统、机床结构等，在保证加工精度的前提下提高了加工效率；通过开放式的控制系统，提高了电火花成型加工过程的自动化。经过生产实践表明，该机床具有稳定性好、生产效率高、可维护性好和成本低等优点。关键词：电火花加工 三轴联动 结构分析 伺服系统 控制设计AbstractEDM technology in the manufacturing sector occupies an important position, is to achieve difficult to process materials, precision
4、machining of complex parts of the effective means. In recent years, with the mold industry and computer technology, has contributed to multi-axis EDM technology. Use of multi-axis rotary system with a variety of linear motor coordination combined into a variety of complex movement pattern to suit th
5、e different types of work pieces, and expand its range of CNC machining EDM to improve its precision processing of the comparative advantages and technical efficiency. CNC EDM machine can make use of multi-axis simultaneous machining, it is easy to achieve the traditional EDM hard to process the com
6、plex cavity molds or tiny parts processing.This topic needs of the enterprises actual production would be multi-axis control technology applied to production practice, through the mechanical system features CNC EDM analysis of the EDM machine to complete the overall structure and feed system design;
7、 the same time, based on multi-axis control requirements, in the machine processing of forming the main campaign to introduce a variety of linear motion on the basis of the coordination of complex movement pattern combinations to meet the work piece machining requirements, and on this basis, the com
8、pletion of the control system hardware design and software control.EDM should be in the processing accuracy, processing efficiency, processing and other aspects of the scope of a major breakthrough, an important direction of development is the right tool forming movement pattern of innovation and di
9、versification. The study of this topic is a direction of development of EDM machining a useful attempt, by improving EDM servo systems, control systems, machine tool structure, guarantee the processing precision under the premise of improving the processing efficiency; through open the control syste
10、m to improve the EDM process automation.After production practice shows that the machine has a good stability, high production efficiency, maintainability, good and low cost.Keywords: EDM Three-axis linkage Structural Analysis Servo Control Design目 录中文摘要英文摘要第一章 绪 论11.1课题的研究背景11.2电火花加工概述11.2.1电火花加工基本
11、原理11.2.2电火花加工分类、特点和适用范围21.3电火花加工技术发展现状31.4本课题的研究意义及主要任务51.5本章小结5第二章 三轴联动电火花成型机床总体结构设计62.1电火花成型加工机床的构成及结构形式62.1.1电火花成型机的类型62.1.2电火花成型机的结构形式、特点、使用场合电火花成型机的类型72.2三轴联动电火花数控成型机总体结构设计92.2.1机床机械系统的功能分析92.2.2机床总体方案的拟定102.2.3机床主要技术参数及精度指标102.3本章小结11第三章 三轴联动数控电火花机床进给系统的设计与计算123.1进给系统设计方案的确定123.2主轴（Z轴）传动系统精密部件
12、的设计计算123.2.1滚珠丝杠的设计计算123.2.2齿轮及转矩的有关计算163.3 X轴进给传动系统精密部件的设计203.3.1 X轴滚珠丝杠的工作情况分析203.3.2 X轴滚珠丝杠的设计计算203.3.3传动系统的刚度计算253.3.4传动系统的刚度验算303.3.5 X轴进给机构转动惯量的计算及电机的选择313.4主轴组件的结构设计343.4.1滚珠丝杠的支撑型式343.4.2轴承的配置形式353.4.3主轴组件的调整和预紧353.5本章小结36第四章 机床控制系统设计374.1总体方案设计374.2下位机系统的设计384.2.1 MCS51系列单片机的简介384.2.2 下位机的时
13、钟电路设计394.2.1 下位机的复位电路设计404.3 系统扩展414.3.1下位机程序存储器的扩展414.3.2下位机数据存储器的扩展434.4 下位机I/O接口的扩展444.4.1 8255A可编程外围并行I/O接口444.4.2 8155可编程外围并行I/O接口454.5步进电机控制电路设计474.5.1 步进电机开环驱动原理494.5.2 脉冲分配504.5.3 驱动电路504.6光电隔离电路设计514.7本章小结52第五章 本设计的主要创新点55第六章 影响电火花加工精度的主要因素57第七章 总 结59参考文献60致 谢62附录：全套图纸第一章 绪 论1.1课题的研究背景随着电子技
14、术、计算机技术、精密模具制造技术、材料科学等尖端科学技术的飞速发展，对零件的精度、性能、寿命的要求越来越高。因此在设计上采用了许多新技术、新材料、新结构，导致零件的结构、形状复杂，如薄壁深孔零件，这类零件出于精度、寿命等因素考虑，常采用高温合金、硬质合金、耐热钢淬火钢等材料，且加工精度、表面粗糙度要求高，传统的机械加工方法实现困难、成本高。作为基础工业的机械制造业，其发展的核心问题之一就是如何进一步提高机械加工的精度和质量，同时降低经济成本。1.2 电火花加工概述1.2.1 电火花加工基本原理电火花加工(Electrical Discharge Machining)是在一定介质中，利用两极(工
15、具电极与工件电极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象对材料进行加工，以达到一定的形状尺寸和表面粗糙度要求的加工方法。这种方法也被称为“放电加工”或“电蚀加工”。1电火花加工的基本原理如图1.2所示。工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中。工具电极在间隙自动调节系统的控制下向工件进给，当两电极间的间隙减小到一定值时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电，并形成火花放电通道，此时，放电电压瞬间降至火花维持电压，一般约25V左右，而放电电流增加至所设定的值。由于受到放电时磁场力箍缩效应和周围液体介质压缩效应的作用，放电通道的扩张受到限制，使放电能量集中于很小的范围内，因而通道电
16、流密度极高，通道内的温度及压力亦相当高。图1.2 电火花加工基本原理示意图放电通道一旦建立，电源就开始通过放电通道释放能量，将电能转换为热能、动能、磁能、光能、声能、及电磁波辐射能等，其中大部分转换为热能，用于加热两极放电点和间隙通道，使两极放电点局部熔化或气化，同时使通道中的介质气化或热裂分解。电极材料气化及介质气化的过程中，产生很大的热爆炸力，使被加热至熔化状态的材料挤出或溅出。部分熔融材料抛出后，剩余的部分在电极表面重新凝固，形成放电痕。脉冲放电结束后，须有一间隔时间，使间隙介质消电离，恢复间隙中液体介质的绝缘强度，以待下次脉冲击穿放电。2放电总是发生在两电极之间介电强度最弱处，放电结束
17、后，部分材料被去除，电极表面留下相应的蚀除凹坑，当下次脉冲到来之时，该处不再是介电强度最弱处，因而又会在满足介电强度最弱条件的另外一处发生放电。经过无数次放电叠加后，整个加工表面才会全部参与放电，电极的形状才会完整地“复印”在工件上，最终完成加工。1.2.2 电火花加工分类、特点和适用范围一、电火花加工的类别 按电极和工件相对运动方式和用途的不同，电火花加工大致可分为：1、电火花穿孔成形加工2、电火花线切割3、电火花磨削和锉磨4、电火花同步共扼回转加工5、电火花高速小孔加工6、电火花表面强化与刻字前五类属电火花成形、尺寸加工，是用于改变零件形状或尺寸的加工方法;第六类则属于表面加工方法，用于改
18、善或改变零件表面性质。二、电火花加工的特点电火花加工方法与传统机械加工方法相比特种加工的优点：1、加工范围不受材料物理、机械性能的限制，能加工任何硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属以及非金属材料。2、不产生切削力，易于加工复杂型面、微细表面以及柔性零件。3、易获得良好的表面质量，热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区等均比较小。4、各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用。5、自动化程度高，操作方便，加工周期短，成本低;电火花加工优点突出，也存在一些缺点：1、只能用于加工金属等导电材料，不能加工塑料、陶瓷等绝缘的非导电材料。2、加工速度一般比较慢，因此通常安排工艺时多采用切削来去除大部分余
19、量，然后再进行电火花加工，以求提高生产率。3、存在电极损耗，由于电火花加工靠电、热来蚀除金属，电极也会遭受损耗，而且电极损耗多集中在尖角或底面，影响成形精度。4、加工后的表面由无数小凹坑组成，粗中加工时较毛糙，且表面有一薄的变质层。三、电火花加工的适用范围：1、加工各种金属及其合金材料，导电超硬材料(如聚晶金刚石、立方氮化硼、金属陶瓷、硬质合金等)，特殊的热敏材料，半导体和非导体材料。2、加工各种复杂形状的型孔和型腔工件，包括加工圆孔、方孔、多边孔、异形孔、曲线孔、螺纹孔、微孔、深孔等型孔工件，及各种型面的型腔加工。例如加工从数微米的孔、槽到数米的超大型模具和零件。3、各种工件与材料的切割，包
20、括材料的切断、特殊结构零件的切断，切割微细窄缝及微细窄缝组成的零件(如金属栅网、异形孔喷丝板、激光器件等)4、加工各种成型刀、样板、工具、量具、螺纹等成型零件。5、工件的磨削，包括小孔、深孔、内圆、外圆、平面等磨削和成型磨削。6、刻写、打印铭牌和标记。7、表面强化和改性，如金属表面高速淬火、渗碳、涂覆特殊材料及合金化等。8、辅助用途，如去除折断在零件单的丝锥、钻头，修复磨损件，跑合齿轮啮合件等。由于电火花加工具有能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状、加工时无切削力、不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷、工具电极材料无需比工件材料硬等特点，因此，在具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件的加工，各种
21、硬、脆材料的加工，各种深细孔、异形孔、深槽、窄缝加工，各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具的制造中得到广泛应用。1.3电火花加工技术发展现状 当前，电火花加工技术正向着高效化、精密化、智能化、微细化、复合化等方向发展，一些新技术、新思想不断被运用到电火花加工中去，同时，许多新的工艺手段也不断涌现，主要包括以下几个方面:(1) 微细电火花加工技术微细加工是应产品微型化要求而出现的，是加工技术向加工尺寸微小化方向的发展，一般是指被加工零件直径或宽度小于200m以下的加工手段。微细电火花加工技术是电火花加工技术在微细加工领域的一个重要分支，从文献检索的情况来看，国内外关于微细电火花加工方面的论文
22、非常多，足以说明此研究方向受关注的程度。 (2) 超声电火花复合加工技术在特种加工领域中，综合利用不同加工方法的技术特长，将多种能量形式进行巧妙结合的复合加工方式往往可大幅提高加工效率或改善加工质量，因而一直是倍受关注的方向之一。电火花加工和超声加工均因加工速度较慢而困扰着人们，然而在电火花加工中引入工具电极的超声振动，进行超声电火花复合加工，却可以改善放电间隙状况，从而大大提高生产率。 (3) 气体介质放电加工技术传统的电火花加工技术是在液体介质(通常称作工作液)中进行放电加工的，而液体介质在加工中起到压缩放电通道使能量高度集中、加速极间冷却和消电离过程、加速排除电蚀产物等作用，被认为是电火
23、花加工必不可少的几大要素之一。然而，最近几年由日本东京农工大学国枝正典教授等人提出的气中放电加工技术完全改变了人们的上述思想。气中放电一般使用薄壁管状电极，加工中管状电极作回转和轴向伺服运动，一定压力的气体自管中高速喷出，以避免加工屑反粘凝固在电极和工件表面上，同时加速了熔融和气化金属的抛出过程，并起到冷却电极的作用。气中放电加工的最大优点在于加工过程中电极损耗极低，而且加工时不产生有害气体，安全性较高，又可简化机床结构，因而也是倍受关注而成为热点。(4) 电火花表面强化技术由于零件表面性能在零件的使用过程中所起到的重要作用，表面强化技术受到了人们的重视。电火花表面强化技术是一种简便而灵活的表
24、面处理方法，它是通过电火花放电作用将作为电极的导电材料熔渗进工件表层金属，形成合金化的表面强化层，从而使工件表面的物理、化学和机械性能得到改善。电火花表面强化与其他表面强化方法相比，具有如下优点：设备简单，在普通电火花加工机床上即可进行，强化成本较低，处理速度较快，因只在局部进行放电，零件整体温度仍为室温因而不会引起零件变形，以及可处理复杂零件等，目前已在军事、航空、模具、刀具等行业得到较广泛的应用。1.4本课题的研究意义及主要任务 一、本课题的研究意义本课题根据企业的实际生产需要，利用电火花成型机床最新研究成果的一个技改课题。通过该课题的研究，将电火花加工技术及加工机床的最新发展成果应用于企
25、业的生产实际，设计的机床具有三轴数控联动功能，既实现了研究成果向生产力的转化，又为企业节约了大量的资金，具有重大的经济价值和现实意义。二、本课题的主要任务本课题在对电火花成型机原理分析研究基础上，研究设计机床的结构系统、驱动控制、结构的动态分析与优化等。其主要内容如下：1、了解电火花成型机的机械结构系统，根据零件加工要求，设计机床整体结构；2、设计机床的进给系统，优化系统结构；3、对机床运动进行运动学分析和参数优化。4、对进给系统进行控制部分设计。1.5本章小结本章主要介绍了电火花加工技术特点和作用，分析了电火花成型加工技术及机床在国内外的研究现状和发展方向，结合企业实际需求，将电火花成型加工
26、机床的最新研究成果进行转化，明确了本课题的研究目的意义和主要内容。第二章 三轴联动电火花成型机床总体结构设计2.1电火花成型加工机床的构成及结构形式电火花成形加工机床主要包括主机、电源箱、工作液循环过滤系统及附件等，如图2.1所示为机床外观。主机用于支承、固定工具电极，实现电极在加工过程中稳定的伺服进给运动。主机主要由床身、立柱、主轴头、工作台及工作液槽等部分组成。电源箱包括脉冲电源、伺服进给系统和其他电气控制系统。工作液循环过滤系统包括供液泵、过滤器，各种控制阀、管道等。2.1.1电火花成型机的类别一、电火花成型机的类别 电火花成形加工机床己形成系列产品，按不同的定义其分类方法也不同。按国家
27、标准：1、单立柱机床(十字工作台型和固定工作台型)；2、双立柱机床(移动主轴头型和十字工作台型)。 按机床主参数尺寸： 1、小型机床工作台宽度1250mm （D71125以上）。 按数控程度： 1、普通手动机床； 2、单轴数控机床； 3、多轴数控机床。按精度等级： 1、标准精度机床； 2、高精度机床； 3、超精密机床。按伺服系统类型： 1、液压进给； 2、步进电机进给； 3、直流或交流伺服电机进给； 4、直线电机进给驱动。二、我国电火花成形加工机床的型号命名规则与参数自1985年起我国把电火花成形加工机床命名为D71系列，见行业标准特种加工机床型号编制方法（JB/T 7445.2-1998）其
28、型号表示方法如下：如DK7140,其含义为工作台宽度为40cm的数控电火花成型加工机床D电加工机床（如为数控电加工机床，则在D后加K）；71成形加工机床；40机床工作台宽度(以cm表示)。目前电火花机床的型号命名往往加上本单位名称的拼音代号及其他代号。三、机床各部分的名称为统一名词术语，便于沟通，国家标准对电火花成形加工机床各部分的名称进行了规定，如表2.1所示表2.1机床各部分名称 2.1.2电火花成型机的结构形式、特点、使用场合一、电火花成型机的结构形式、特点、使用场合电火花成型加工机床结构有多种形式，根据不同加工对象，常见的结构有“C”形结构、龙门式结构、牛头滑枕式结构、摇臂式结构和台式
29、结构。图2.2 “C”形结构1-床身 2-立柱 3-主轴头 4-工作台“C”形结构如图2.2所示。加工时，工作台实现X轴和Y轴伺服进给运动，主轴头实现Z轴伺服进给运动。此类机床的结构特点是：床身、立柱、主轴头、工作台构成一“C”字形。这种结构的优点是：结构简单，制造容易，具有较好的精度和刚性，操作者可以从前、左、右三面充分靠近工作台。缺点是：工件装卸不方便，每次安装、检测工件都必须开门放油，然后再关门上油。“C”形结构较适合中、小型机床，国内机床大部分采用此种结构形式。9图2.3牛头滑枕式结构1-床身；2-立柱；3-滑座；4-主轴头；5-工作液槽牛头滑枕式结构如图2.3所示。这种结构形式类似金
30、属切削机床中的牛头刨床。工作台固定不动或实现X方向移动，主轴头通过滑枕实现Y方向移动或X, Y方向的移动。这种结构的优点是：装卸、检测工件十分方便，此结构为设计、安装可升降式工作液槽提供方便；当可升降工作液槽下降时，工件完全暴露出来，可以方便地对工件进行安装、检测，完毕后只需将工作液槽升起即可重新加工，提高了工作效率。缺点是:结构较复杂，制造成本较高。牛头滑枕式结构比较适合数控化程度较高的机床。二、电火花成型加工机主机传动轴的名称与运动方向电火花成形加工机床主机一般有X， Y， Z三轴传动系统。当Z轴用电机伺服驱动，X，Y轴为手动时称为普通机床或单轴数控机床。当X，Y，Z三轴同时用电机伺服驱动
31、时称为三轴数控机床。C轴为旋转伺服轴。11各传动的名称与方法定义见图2.7图2.7主机传动轴的名称与运动方向Z轴(主轴)：控制主轴头上下移动。面对机床，主轴头移动向上为+Z，向下为-Z。X轴：工作台左右移动轴。面对机床，主轴向右(工作台向左)移动为+X，反向为-X。Y轴：工作台前后移动轴。面对机床，主轴向前(工作台向后)移动为+Y，反向为-Y。C轴：安装在主轴头下面的电极旋转伺服轴。从上向下看，电极逆时针方向旋转为+C，顺时针方向旋转为-C。22 三轴联动电火花数控成型机总体结构设计机床总体布局设计的一般步骤是，先根据工艺分析，分配机床部件的运动，不同的工艺方法所要求的机床运动的类别和数目是不
32、一样的。因此，在分析工艺是同时，还必须分析机床上的运动。然后，选择传动形式和支承型式，并拟订从布局上改善机床性能和技术经济指标的措施，比如为增强机床的刚性，设计机床支承型式；为使机床的移动轴具有更快的移动速度而尽量在传动形式上减轻该轴移动部件的质量和运动惯量等等。221 机床机械系统的功能分析根据零件加工要求，本课题设计的双头三轴联动电火花数控成型机主机的机械系统的主要功能为三个功能：驱动功能、运行功能、结构功能。1、驱动功能：驱动功能为机床提供动力保障，主要涉及两个方面，一是对机床各部分提供能量传递与分配工作，二是进行能量的转换包括驱动部件和制动部件。2、运动功能：主要是各功能轴的传动、导向
33、和检测功能。3、结构功能：机床的支承和各部件间的联接功能。通过功能分析，得到该机床系统的功能单元后，我们可以根据预期的功能目标及设备制造技术发展的现实状况，合理选择完成功能单元的功能载体，即机床各分功能的实现机构。222 机床的总体方案的拟定根据零件的加工工艺要求，结合系统的运动功能分析，经多种方案比较分析后，确定机床的总体结构设计如下：1、机床的整体结构型式采用牛头式结构：电火花成型加工属于精密加工，考虑到工件重量以及定位精度，故机床整体采用牛头式结构；2、控制方式采用三轴联动：为避免常见机床功能单一，总体精度不稳定，机床震动大，装配工艺繁琐等缺陷，控制方式采用三轴联动控制方式，机床可实现自
34、动定位、复位，并有滚珠丝杆的齿隙、螺距补偿功能。3、进给伺服系统采用滚珠丝杠螺母副机构：为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用磨擦小，传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。4、导向机构采用直线滚动导轨：采用滚动导轨可以减少导轨是的磨擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。5、系统控制选用MCS-51单片机控制系统：在8位微机中，MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。因此，可选择MCS-51系列单片机扩展系统。2.2.3机床主要技术参数及精度指标一、机床
35、主要性能指标如表2.2所示。工作台尺寸700400(mm)机床功率8KVAX、Y、Z行程450350300(mm)测量分辨率0.5m工作液槽尺寸1200720420(mm)位置增量1m油箱尺寸1400800480(mm)机床精度误差8m机床外形尺寸145017202280(mm)C轴转角360工件最大尺寸1150700300(mm)最大加工电流70A表2.2机床主要性能指标二、机床传动系统精度要求由于工作台或主轴传递运动的传动丝杠与螺母之间一般都存在微小间隙，所以在工作台或主轴往正向移动后再向反向移动时会少移动一段距离，这个距离主要反映了工作台正、反向移动时，传动丝杠与螺母之间的间隙所带来的运
36、动误差。机床传动系统精度见表2.3。序号机床数控精度指标允许偏差实测偏差1X轴运动的重复定位精度和失动量重复定位精度 0.02重复定位精度 0.015失动量 0.04失动量 0.0202Y轴运动的重复定位精度和失动量重复定位精度 0.02重复定位精度 0.015失动量 0.04失动量 0.0273Z轴运动的重复定位精度和失动量重复定位精度 0.03重复定位精度 0.020失动量 0.04失动量 0.026表2.3 机床数控精度指标 机床的总体结构型式如图2.8所示，该机床采用高效率牛头式火花机三轴机头移动加工方式，保证了高精度，高效率；X、Y、Z轴采用直线滚动导轨，使移动更圆滑，保持高精密度；
37、采用稳定的控制系统提供最佳的放电加工条件。图2.8机床总体结构型式2.3本章小结 本章首先介绍了电火花成型加工机床的构成及结构形式，对课题要求的电火花成型机床总体功能进行分析，根据功能确定机床总体布局。然后根据实际要求选择采用牛头式结构布局。最后对牛头式的机械系统总体结构和技术要求进行设计方案的制订，为后续的具体机构设计打下基础。第三章 三轴联动数控电火花机床进给系统的设计与计算3.1进给系统设计方案的确定利用微机对纵横进给系统进行开环控制，工作台纵、横向移动为0.01mm/脉冲，主轴头垂直移动为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副。采用微机对数据进行计算处理，由
38、I/O接口输出步进脉冲，经滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。3.2 主轴（Z轴）传动系统精密部件的设计计算：主轴采用一级直齿圆柱齿轮减速，齿轮与滚珠丝杆副相联的传动方案。滚珠丝杠副除具有显著的优异特性和有较高的使用价值外，还因为它像滚动轴承那样可以作为配套元件由专业工厂生产和供应滚珠丝杠副可获得精确，高效，灵敏，可靠的效果。在特殊环境或特殊要求下，如在高温，低温，高压，真空，强磁场，强辐射，无润滑，腐蚀介质中工作以及要求可逆运动，同步运动，瞬时高低速转换等，均具有良好的传动性能。因此，滚珠丝杠副己经成为应用非常普遍的传动元件，可用于精密定位，自动控制，动力传递和运动转换，广泛应用于机床
39、工业，航空航天，军工产品等各个领域。3.2.1 滚珠丝杠设计计算1、滚珠丝杠副的主要技术参数及设计、计算流程（1）滚珠丝杠的主要技术参数1112如图3.1所示：1) 名义直径D0滚珠丝杠的名义直径D0是滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时，包络滚珠球心的圆柱直径。它是滚珠丝杠螺母副的特征尺寸。名义直径与承载能力有直接关系，D0越大，承载能力和刚度越大。2) 基本导程Ph导程是丝杠相对于螺母旋转一圈时，螺母上基准点的轴向位移。导程的大小是根据机床的加工精度要求确定的。导程过小势必使滚珠直径变小，滚珠丝杠螺母副的承载能力亦随之减小。3) 滚珠直径d0一般取d0=0.6Ph4) 滚珠的工作圈数j和工作滚
40、珠总数N工作圈数j一般取2.53.5圈，而工作滚珠总数N以不大于150个为宜。5) 列数K要求工作圈数较多的场合，可采用双列或多列式螺母的结构形式。图3.1 滚珠丝杠的主要技术参数 （2） 滚珠丝杠螺母副的设计计算主要内容：1) 额定动载荷和额定静载荷额定动载荷是指一批相同参数的滚珠丝杠螺母副，在n=10r/min的相同工作条件下运转1000000转后，90%的螺旋副(指螺纹滚道和滚动体)不发生疲劳点蚀损伤所能承受的最大轴向载荷，定义为额定动载荷Ca。13额定静载荷是指把滚珠丝杠副在静态或低转速(n=10r/min)条件下，受接触应力最大的滚珠和滚道接触面间产生的塑性变形量之和达到滚珠直径0.0001倍时的最大轴向载荷，定义为额定静载荷Ca0。2) 滚珠丝杠副疲劳强度计算