王闯， 赵敏峥， 肖宏波

（沈阳机床股份有限公司，沈阳 110141）

0 引言

HMC63e卧式加工中心的立柱为铸造框形结构。主轴箱沿立柱导轨上、下移动，实现Y向进给。主轴箱在立柱两导轨中间，两导轨为滚柱直线导轨。在立柱两导轨间设有滚珠丝杠副。滚珠丝杠的两端由轴承支承，分别固定在立柱的两端。滚珠丝杠的上端通过弹性联轴节与交流伺服电机相连，滚珠丝杠螺母的法兰盘固定在主轴箱上的支承面上，交流伺服电机驱动滚珠丝杠，使主轴箱沿立柱导轨上、下移动。立柱及主轴箱拖动结构如图1所示。

1 Y轴滚珠丝杠的选择设计

预选电机型号为1FK7105，nmax=5 000 r/min。

已知Y向行程为Y=900 mm，快速移动速度为V=24 m/min，主轴箱高度为H=600 mm，主轴箱的重量为880 kg。

1）导程S。主轴箱快速移动速度为24 m/min，查资料S≥Vmax/nmax=24 000÷5 000=4.8 mm 所以初选S=8 mm。

2）预估算滚珠丝杠的全长L。L=Y+H+上下支承的长度=900+600+255+265=2 020 mm。

3）Y轴滚珠丝杠的直径D的选择。初选S=8 mm，V=24m/min，nmax=5 000 r/min，查资料可知，N=V/S=3 000 r/min，DXN≤120 000，D≤120 000/3 000≤40 mm。

借鉴同类产品之前设计，取DX=55 mm，DXN=55×3 000=16 500＞120 000，所以需增大导程S。取S=12 mm，则 n=24 000÷12=2 000 r/min，则 DxN=55×2 000=110 000<120 000，所以选择S=12 mm，D=55 mm。滚珠丝杠的循环方式选择为外循环方式，滚珠丝杠型号选为NFN5512HSS-7.5RRG0+2020LC5。

2 Y轴滚珠丝杠的预拉伸ΔL

预拉伸的长度为

式中：α为滚珠丝杠的热膨胀系数，对于合金钢α=1.1×10-5/℃；Δt为滚珠丝杠与立柱之间的温差，若为恒温车间，Δt=2～3 ℃。ΔL=1.1×10-5×2 020×2=0.044 44 mm，圆整后取ΔL=0.04 mm。

滚珠丝杠的预拉伸有以下作用：1）补偿丝杠变形；2）提高丝杠拉压刚度；3）提高推力轴承的轴向刚度；4）提高轴承座的轴向刚度。

3 Y轴滚珠丝杠的刚度验算

滚珠丝杠的总刚度可通过公式1/K=1/Ks+1/Kn+1/KB计算得到。式中：1/Ks为滚珠丝杠的刚度；1/Kn为螺母的刚度；1/KB为支承轴承的刚度。

3.1 滚珠丝杠的刚度

3.2 螺母的刚度

LS为螺母支承表面至有效滚道之间的长度。

刚度Kn=A×E/（1000LS）=1/4×3.14×49.22×2.1×102÷1 919=2.08×105N/μm。……