加工中心双驱进给系统动态特性研究

【摘要】随着数控机床向高速、高精度和大负载的方向发展,双驱滚珠丝杠系统逐渐被应用在高档数控加工中心,其不仅能保证较高的精度、无侧隙刚性和结构对称,而且大大的减少机床的振动、变形及保证两滚珠丝杠同步进给驱动。双驱进给系统克服了单驱滚珠丝杠无法满足高质量的加工条件,又避免了使用直线电机带来的高额成本。但是由于双驱滚珠丝杠在装配使用中存在结构上的不完全对称,以及两边滚珠丝杠所受的载荷不均衡,使得两滚珠丝杠轴无法保持完全同步驱动,进而导致移动部件的扭转、零件加工精度下降以及出现损坏机床的严重后果。因此,双驱滚珠丝杠进给系统的动态特性和热变形的研究对提高数控机床的效率有重要的意义。本论文的主要研究工作包括：1.双驱滚珠丝杠进给系统实体模型的建立。针对双驱滚珠丝杠进给系统的性能,借鉴相关单驱滚珠丝杠的设计方法,对本系统的零部件进行计算和选型,应用Pro/E软件建立了加工中心双驱进给系统的三维实体模型并进行简化,对后续的仿真奠定基础。2.加工中心双驱进给系统动态性能实验平台的设计。设计了双驱滚珠丝杠进给系统的动态性能检测系统,该系统由机械系统和测试系统两部分组成。在检测系统实验平台上安装相应的传感器,通过传感器采集信号转化为电信号输入到LMSTest.Lab进行数据分析。3.双驱滚珠丝杠进给系统的动态特性分析。通过拉格朗日方程在广义坐标下的变换,对双驱滚珠丝杠进给系统进行动力学模型的建立并分析其动态特性。应用ANSYSWorkbench软件对简化后的双驱进给系统进行模态分析,通过分析对比两根滚珠丝杠轴的间距和所承受的负载对进给系统动态特性的影响,并且提出了响应的改善措施。4.双驱滚珠丝杠进给系统的热变形分析。利用有限元法建立了温度场的数学模型,并且对双驱滚珠丝杠进给系统的热源、发热率以及边界条件进行了分析,应用ANSYSWorkbench软件对比分析了两种边界条件下的温度场的分布和影响,最后提出了相应的抑制双驱滚珠丝杠进给系统热变形的方法。针对双驱滚珠丝杠进给系统存在的问题,对双驱进给系统进行了研究,设计了双驱滚珠丝杠动态检测试验平台,对其进行了动态特性和热特性的分析,并相应的提出了双驱进给系统的改善措施,为进一步研究奠定了理论基础。
【作者】白茹；
【导师】刘永平；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】双驱进给系统；滚珠丝杠；动态性能检测实验平台；动态特性；热特性；

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