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滚珠丝杆进给系统定位精度分析

发布时间:2019-12-31 15:26人气:

  滚珠丝杆副是数控机床进给系统的核心部件,采用它是提高进给系统灵敏度、定位精度和防止爬行的有效措施。它的精度和各项性能直接影响数控机床的定位精度和重复定位精度,特别是滚珠丝杆的导程误差对机床定位精度的影响最为明显。
  
  本文以大连机床集团新研制的CHD25车铣复合加工中心的Z1向进给系统的滚珠丝杆为研究对象,运用Pro/Engineer三维造型软件以及Pro/Mechanica有限元分析软件对滚珠丝杆进行了模型简化和有限元分析计算。
  
  首先,阐述了课题的研究背景、意义以及滚珠丝杆的国内外发展应用现状,同时对CHD25车铣复合加工中心进行了简单的介绍。 其次,依据滚珠丝杆参数样本和电机参数样本,对滚珠丝杆及其驱动电机进行了选择计算,并对滚珠丝杆的各项指标的进行了校核,同时利用有限元法对滚珠丝杆的实体模型进行了简化研究,通过对计算结果的对比分析及其尺寸参数的灵敏度分析,建立了一个简化合理且接近实际情况的滚珠丝杆实体模型。
  
  基于此简化模型,对滚珠丝杆的受力、热特性等进行了分析,并计算了滚珠丝杆预拉伸安装的合理预拉伸量。基于滚珠丝杆热变形补偿措施的利弊分析,对空气外围冷却进行了计算分析,得出对流换热系数不得小于6w/m~2·k以及空气外围冷却法是一种既经济又有效的方法的结论。
  
  然后,运用有限元法计算了滚珠丝杆在工作过程中不发生反向间隙的临界轴向载荷和临界加速度以及不同惯性力下的滚珠丝杆变形,同时模拟了滚珠丝杆副在两端固定且有28um预拉伸安装条件下的变形情况,并绘制了滚珠丝杆副的导程误差曲线,为补偿滚珠丝杆变形提高机床定位精度提供了依据。
  
  最后,针对两端固定安装、预拉伸两端固定安装、一端固定一端简支安装三种情况进行了模态分析。通过对三种安装情况下固有频率及其振型的对比分析,验证了预拉伸安装是提高系统固有频率,避免共振的一种方法。建立了滚珠丝杆副结构动力微分方程,利用Runge-Kutta计算滚珠丝杆副在一种加速进给形式下的变形误差,为以后各种加速进给形式下的变形误差计算奠定了基础。
  
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