数控机床双滚珠丝杠进给驱动研究

通过理论分析、设计计算及实际验证,研究了双滚珠丝杠进给驱动对机床的高速、高精度、高稳定性等性能的影响,论证了双丝杠重心驱动的优越性及其在国产高档数控机床广泛应用价值.     

基于ANSYS的滚珠丝杠进给系统静动态特性分析

对一台数控车床滚珠丝杠进给系统的静、动态特性进行有限元分析,讨论了ANSYS中滚珠丝杠副结合面的建模方法。通过进给系统的死区误差和定位误差分析,校核了机床X向的定位精度和重复定位精度。并通过模态分析和谐响应分析,得到了机床进给系统固有频率和振动特性,为进给系统的合理使用和静、动态性能的提高提供了可靠的依据。     

高速滚珠丝杠进给驱动系统机械模型的仿真研究

建立了高速滚珠丝杠进给系统的机械模型。重点分析了机械系统对整个进给驱动系统的影响,并利用MATLAB进行计算机仿真分析与研究。同时指出在高速加工过程中屈服形变引起的轨迹误差,并通过反复修改参数得到优化结果,从而找出进一步改进的措施。     

数控机床进给系统滚珠丝杠刚度分析

滚珠丝杠作为数控机床进给系统的重要元件,其性能直接影响了进给系统的定位精度。对滚珠丝杠的刚度进行分析,通过理论计算和大型ANSYS分析软件两种方法分析了滚珠丝杠扭转刚度和轴向刚度对失动量的影响,为进给系统的机构设计和定位精度提高提供了可靠的理论依据。     

基于FEM的滚珠丝杠进给系统动态性能分析

用有限元法对一台数控龙门镗铣床滚珠丝杠进给系统的动态特性进行分析,探讨了有限元模型中结合面的建模方法.通过模态分析和谐响应分析,得出了机床进给系统固有频率和振动特性,为进给系统的结构优化和动态性能的提高提供可靠的依据.通过实验证明了有限元分析结果的正确性.     

基于MATLAB的单、双丝杠进给系统动力学建模分析与比较

以精密卧式加工中心进给系统为研究对象,分别建立其单丝杠驱动和双丝杠驱动进给系统数学模型,对两模型的传动系统动态响应进行分析。计算系统在扭转振动、时变啮合刚度、误差激励等因素作用下的动态响应,分析比较系统动态特性。对比结果显示,相对于单丝杠进给系统,在丝杠轴径比其小一个级别的情况下,双丝杠进给系统的振动速度幅值能减小35%。     

基于MATLAB/Simulink高速滚珠丝杠进给系统机械模型的仿真与分析

建立了高速滚珠丝杠进给系统的机械模型。重点分析机械系统对整个进给驱动系统的影响,并进行计算机仿真分析。通过实验数据分析掌握温度变化影响的效果。指出在高速加工过程中屈服形变引起的轨迹误差,并通过反复修改参数得到优化结果,并找出了进一步改进的措施。     

高速滚珠丝杠进给驱动系统屈服形变分析

文中建立了高速滚珠丝杠进给系统屈服形变模型。以驱动装置的屈服形变作为主要研究对象,指出了高速加工中的机械屈服形变会引起明显的轨迹误差,通过平滑加、减输入控制命令可以改善轨迹误差中的瞬态偏差,机床基础弹性伸缩量引起的稳定性误差还有待进一步改善。     

加工工件质量及安装位置对滚珠丝杠进给系统动态特性的影响

滚珠丝杠进给系统是数控机床的关键部件,其动态特性与运动精度紧密相关,对数控机床加工精度有重要影响。滚珠丝杠进给系统的动态特性具有明显的时变特征,为探究工件质量及放置位置对滚珠丝杠进给系统动态特性的影响规律,基于集中质量法构建了滚珠丝杠进给系统动力学模型,并利用有限元方法验证了模型精确度。基于所构建的动力学模型开展了工件质量及放置位置对滚珠丝杠进给系统动态特性的影响规律分析,构建了其响应面,结果显示,随着工件质量的增加,滚珠丝杠进给系统固有频率降低;工件位置离工作台重心越近,对系统固有频率影响越小。结果可用于实际加工过程中,指导工件的在工作台面的放置位置选择。     

滚珠丝杠进给系统滚动结合部径向动态特性参数辨识

针对滚珠丝杠进给系统滚动结合部径向动态特性参数难以确定的问题,提出了一种进给系统在整机状态下滚动结合部径向动态特性参数辨识方法。该方法将丝杠简化为欧拉-伯努利梁,以建立在简谐激振力作用下丝杠轴向上各截面的径向振动方程;设计实验以测量丝杠上测量点的径向振动位移,结合丝杠径向振动方程所计算的理论值建立优化目标函数,基于人工鱼群算法优化识别出滚动结合部的径向刚度及径向阻尼参数。以自行研制的滚珠丝杠进给实验台为研究对象,采用该方法对其导轨副、两端轴承组及滚珠丝杠副滚动结合部的径向刚度与径向阻尼参数进行识别。实验结果表明：以该方法辨识的结合部的参数所计算的丝杠上测量点的径向振动位移与实验测试值之间的误差在3.0%以内,验证了该方法的正确性和有效性。     

高速加工中滚珠丝杠进给系统性能分析

本文指出了高速加工中滚珠丝杠进给系统高速化后所面临的一系列问题,并针对几个重要问题进行详细介绍,同时提出了改进措施。最后展望了高速加工中进给系统的发展前景。     

双驱滚动支撑直线进给系统动态精度分析

机床运行过程中,其精度可靠性至关重要,这与运动结合部及其承受的载荷有着很大的关系。考虑到工作台的柔性化和进给系统运动结合面的刚度阻尼,建立了双驱动滚动支承直线进给系统动态仿真模型,发现结合面的特性比单部件的柔性化对系统动态误差影响更大。分析了在不同载荷下由于系统振动变形所产生的直线度误差范围和定位精度范围,发现系统受到载荷的频率大小对动态精度变化影响呈现非线性关系。     

Acceleration-Dependent Analysis of Vertical Ball Screw Feed System without Counterweight

The distinguishing feature of a vertical ball screw feed system without counterweight is that the spindle system weight directly acts on the kinematic joints.Research into the dynamic characteristics under acceleration and decel-eration is an important step in improving the structural performance of vertical milling machines.The magnitude and direction of the inertial force change significantly when the spindle system accelerates and decelerates.Therefore,the kinematic joint contact stiffness changes under the action of the inertial force and the spindle system weight.Thus,the system transmission stiffness also varies and affects the dynamics.In this study,a variable-coefficient lumped parameter dynamic model that considers the changes in the spindle system weight and the magnitude and direc-tion of the inertial force is established for a ball screw feed system without counterweight.In addition,a calculation method for the system stiffness is provided.Experiments on a vertical ball screw feed system under acceleration and deceleration with different accelerations are also performed to verify the proposed dynamic model.Finally,the influence of the spindle system position,the rated dynamic load of the screw-nut joint,and the screw tension force on the natural frequency of the vertical ball screw feed system under acceleration and deceleration are studied.The results show that the vertical ball screw feed system has obviously different variable dynamics under acceleration and deceleration.The influence of the rated dynamic load and the spindle system position on the natural frequency under acceleration and deceleration is much greater than that of the screw tension force.     

基于结合部刚度特性的滚珠丝杠进给系统动态特性分析

滚珠丝杠进给系统的动态特性对数控机床的定位精度、加工性能和振动等特性具有重要影响。针对滚珠丝杠进给系统理论建模中结合部刚度难以确定的问题,以自行设计制造的滚珠丝杠进给系统为研究对象,基于吉村允效法计算进给系统固定结合部的刚度;根据滚珠丝杠副、滚动导轨副和轴承结合部的共同特点,提出基于Hertz接触理论的进给系统滚动结合部刚度计算方法,建立进给系统的有限元模型。在此基础之上,对进给系统进行理论和试验模态分析,通过模态振型和固有频率的对比验证了有限元模型和滚动结合部刚度计算方法的正确性。根据所建立的有限元模型,着重分析工作台的质量和位置、滚珠丝杠副的刚度、滚动导轨副的刚度和轴承的刚度等参数对进给系统动态特性的影响。所提出的方法为机床滚动结合部刚度的识别提供了参考,研究结论为滚珠丝杠进给系统的改进设计和动态性能优化提供了依据。     

带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性

借助弹性力学中的赫兹接触理论,分析计算直线滚动导轨的线刚度、滚珠丝杠副和角接触球轴承的轴向刚度,建立带滚珠丝杠副的机床直线导轨结合部的动力学特性理论模型,开发了计算软件;以一款立式加工中心为研究对象,分析计算带滚珠丝杠副直线导轨结合部动态刚度,着重讨论工作载荷对结合部动态刚度的影响规律,基于有限元法分析含结合部动态参数的加工中心整机动态特性。研究结果不仅突破了目前机床直线导轨结合部刚度模型不考虑滚珠丝杠副之缺陷,而且与传统的参数识别法和有限元法相比,具有物理概念清晰、计算过程简单等特点。     

龙门式加工中心横梁进给系统静动态特性分析

横梁进给系统作为龙门式加工中心的主要组成部分,其性能直接影响加工中心性能,因此分析其静动态特性有着重大的意义。用有限元分析法对一种龙门式加工中心横梁进给系统进行了静动态特性分析,得出十字滑座上端是该横梁进给系统的薄弱环节,以及该横梁进给系统的X向比Y、Z向薄弱,为该加工中心结构优化设计提供了理论指导。提出了一种新的建模方法,该方法简化了力的加载。进行了模态试验,并将有限元仿真结果和模态试验结果进行了对比,试验验证了该建模方法的正确性。     

进给系统振动特性研究及新型加减速控制策略

不平滑的运动指令导致数控机床进给过程中产生振动。本研究基于滚珠丝杠进给系统集中质量动力学模型,建立了伺服电机扭矩激励与进给系统响应的理论模型,分析了运动指令加速度曲线功率谱与进给系统振动响应的相关关系。针对加减速策略中存在的加加速曲线开始点和结束点不连续而引入振动激励的问题,提出一种类余弦加加速加减速控制策略,实现了加加速全过程的平滑过渡。以某滚珠丝杠进给实验台架为例,建立并实验验证了该台架的集中质量动力学模型,在此基础上建立了加减速控制策略激励特性分析的仿真模型,对加减速控制策略的激励特性进行了对比分析。仿真结果表明,类余弦加加速策略的激励特性最小,其工作台响应的功率密度是有限加加速策略的万分之一,是正弦加加速策略的1%。     

永磁直线进给系统多柔性体机电耦合动力学特性分析

针对高精度数控机床直接驱动进给系统动力学特性易受机械部件弹性变形、电气系统控制参数影响的特点,从机电耦合角度出发,用有限元法将永磁直线进给工作台进行柔性化,应用拉格朗日-麦克斯韦方程建立直线进给系统多柔性体的机电耦合模型。结合有限元分析软件ANSYS、动力学仿真软件ADAMS建立直线进给系统多柔性体的机电耦合仿真模型,并对系统进行动力学仿真分析和实验验证。结果表明,工作台柔性化更接近真实的工作情况;电气控制参数对系统动力学特性有显著影响。直线进给系统多柔性体机电耦合模型的建立可为直接驱动系统结构优化设计提供依据。     

高速实心/空心滚珠丝杠热动态性能分析与研究

针对高速机床滚珠丝杠副摩擦生热导致滚珠丝杠产生轴向热变形,从而影响机床定位精度的问题,提出采取全面冷却与重点冷却相结合的方式冷却滚珠丝杠,即采用空心滚珠丝杠替代实心滚珠丝杠通入冷却介质全面强制冷却,同时对空心螺母局部重点冷却,共同抑制空心丝杠的温升与热变形。对不同进给速度下实心/空心滚珠丝杠的热特性进行理论分析,空心滚珠丝杠的热变形要比实心滚珠丝杠的热变形小(1~2)个数量级,从而提高了伺服进给系统的定位精度。同时,仿真了实心/空心滚珠丝杠模型的温度分布与热变形,分析了空心滚珠丝杠的温度场与热变形规律。总之,为空心滚珠丝杠在高速伺服进给系统的应用提供理论依据。