朱莹

（沈阳机床股份有限公司，沈阳110142）

0 引言

目前随着轻合金材料在汽车、航空航天等工业中的广泛应用，“高速”加工已成为制造业的必然发展趋势。“高速”加工的目是提高生产率，降低成本，提高产品质量。“高速”其中之一指的就是高速进给。要想提高进给速度就需要提高伺服轴快速移动速度。为了更多地占领市场，本文从技术角度详细分析了D165机床提升快移速度的可行性。

1 已知条件

1）机床原X/Y/Z三轴快移速度为30 m/min。2）各轴滚珠丝杠选用日本NSK品牌，具体参数为：X轴滚珠丝杠直径为φ40 mm，预紧力为5960 N，长度为1441 mm；Y轴滚珠丝杠直径为φ32 mm，预紧力为2530 N，长度为986 mm；Z轴滚珠丝杠直径为φ32 mm，预紧力为4220 N，长度为868 mm。三轴丝杠的螺距均为10 mm，最高转速均为3000 r/min。3）各轴电动机参数：电动机型号为西门子1FK7083-5AF71-1AH0，额定转矩为10.5 N·m，最大转矩为50 N·m，转速为3000 r/min，转动惯量为35.9×10-4kg·m2。4）X/Y轴电动机通过刚性联轴器与丝杠直连。5）Z轴电动机通过皮带降速传动，传动比为1.3。6）各传动轴负载重量为：X轴的拖板为205 kg，Y轴的滑鞍为480 kg，Z轴的滑枕为310 kg。7）系统加速度为5 m/s2。8）系统时间常数（加减速）T=30 m/min÷5 m/s÷60=0.1 s。9）快移60 m/min时系统加速度为60 m÷60 s÷0.1 s=10 m/s2。10）滚珠导轨摩擦因数μ=0.002~0.003。11）重力加速度g=9.8 m/s2。

2 计算过程

2.1 从丝杠危险转速上来分析

滚珠丝杠危险转速计算公式[2]如下：

式中：nc为容许转速（危险转速的80%），r/min；f为根据丝杠安装方法而定的系数；dr为滚珠丝杠螺纹底槽直径，mm；L为滚珠丝杠安装距离，mm；X/Y/Z轴为固定-简单支撑结构f=15.1；X轴滚珠丝杠螺纹底槽直径dr=35.4 mm；Y/Z轴滚珠丝杠螺纹底槽直径dr=27.4；X轴滚珠丝杠安装距离Lx=1147.5 mm；Y轴滚珠丝杠安装距离Ly=724 mm；Z轴滚珠丝杠安装距离Lz=637 mm。……