【正文】 端，同樣可以實現(xiàn)進給軸的直線進給。圖11 雙滾珠絲杠驅動如日本森精機開發(fā)的NV4000DCG機床就采用了雙滾珠絲杠驅動技術；NSK采用特殊的工藝方法制造出了雙驅動滾珠絲杠副，螺紋長度為1200mm的兩根絲杠。由大連機床廠設計生產的VHT系列五軸聯(lián)動立式車銑復合加工中心的Y 軸方向即采用的是雙絲杠驅動的結構。郭崇嵩，芮執(zhí)元，劉軍等以國家科技重大專項—動梁無滑枕立式銑車復合加工中心雙驅進給系統(tǒng)工作臺為研究對象，通過有限元的分析方法對豎直方向（即Z軸方向）的雙驅進給系統(tǒng)進行了靜動態(tài)特性分析[18]由昆明機床廠設計生產的TGK46100機床，也是采用的雙絲杠驅動進給系統(tǒng)。企業(yè)目前還沒有一個相對官方的跨距確定原則，一般都是通過有限元法分析的方法來計算出雙絲杠驅動的優(yōu)勢以及絲杠之間的跨距對進給系統(tǒng)靜動態(tài)特性的影響，從而計算出最佳的跨距。綜上所述，現(xiàn)階段對單絲杠驅動直線進給系統(tǒng)的研究，已經基本成熟，而對雙驅動直線進給系統(tǒng)的研究則是處于實踐超前于理論的階段，各大廠家都各自有自己的設計分析的方法，而并未形成統(tǒng)一的理論，也沒有各種設計方法之間的優(yōu)劣對比。雙驅動直線進給系統(tǒng)的設計分析整體還不是很成熟。 本文研究內容進給驅動系統(tǒng)是加工中心的重要組成部分，進給系統(tǒng)的設計是否合理，靜動態(tài)的特性如何將會直接的影響到加工中心的加工精度。本文以雙滾動絲杠驅動直線進給系統(tǒng)為研究對象，主要進行一下工作：（1）對目前國內外數(shù)控車床的直線進給驅動系統(tǒng)的研究狀況進行了簡單介紹。（2）參考單絲杠驅動進給系統(tǒng)，對雙驅動系統(tǒng)進行設計及選型。（3）利用三維造型軟件Pro/e，對雙驅動進給系統(tǒng)的組成部件進行了設計及裝配。（4）并基于有限元的分析方法，利用ANSYS軟件對進給系統(tǒng)的重要部件如工作臺、底座和滾珠絲杠進行了模態(tài)分析，并對滾珠絲杠做了靜力分析，并進行了壓桿穩(wěn)定的校核。（5）對支撐部分壁厚對于模態(tài)分析中的各階模態(tài)的固有頻率有何影響做了進一步的分析和對比。2 雙驅動進給系統(tǒng)的設計計算 雙驅動直線進給系統(tǒng)的設計流程由于現(xiàn)階段對于雙驅動的設計計算理論還未成熟，本文則是在現(xiàn)有的比較成熟的單絲杠驅動進給系統(tǒng)的設計計算基礎上，結合雙驅動自己的特點，進行了雙驅動直線進給系統(tǒng)的設計。整個雙絲杠驅動進給系統(tǒng)的設計流程如圖21所示：圖21 雙驅動進給系統(tǒng)設計流程 進給系統(tǒng)要求的技術參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)：工作臺重300kg；工件及夾具的最大重量1200kg；縱向最大進給力為9000N；工作臺行程900mm；進給速度3～20000mm/min；快速進給速度42m/min；。 傳動系統(tǒng)設計交流何服電機的最高轉速ndmax有2000r/min，3600r/min ，4500r/min，6000r/min，不等。工作臺要求的最快進給速度vmax= 42m/min。假設伺服電動機通過聯(lián)軸節(jié)與絲杠直聯(lián)，即u=1（一般的加工中心都應盡量設計成伺服電機和滾珠絲杠經過聯(lián)軸器直接相連）。先試選電動機的最高轉速為nmax=4500r/min，則：絲杠導程：Ph=1000Vmaxnmax=1000424500= （）在反饋裝置中，目前有兩種：（1）用測速發(fā)電機作為速度反饋；用旋轉變壓器作為位置反饋；（2）利用編碼脈沖編碼器同時作為速度和位置反饋，后者應用目前較為廣泛 [3]。這里選用脈沖編碼器兼作位置和速度反饋。脈沖編碼器每轉動一轉會發(fā)出一定數(shù)量的脈沖。每一個脈沖就是一個數(shù)字單位，代表著執(zhí)行部件運動了一定的位移a（mm），稱為脈沖當量[2]。普通精度的數(shù)控機床一般取脈沖當量為：， ，[2]。這里選定脈沖當量為a=。電動機每一轉發(fā)出的脈沖數(shù)b應為：b=Phua=10=1000(脈沖r) （）常用的光電編碼器有2000脈沖/r，2500脈沖/r，3000脈沖/r等。這里選取2500脈沖/r的編碼器，并在其后加一個4倍的倍頻器。傳動系統(tǒng)總體如圖22所示：圖22 傳動系統(tǒng)示意圖伺服電機3與滾珠絲杠5通過聯(lián)軸器4聯(lián)結。脈沖編碼器2與電機軸相連，安裝在交流伺服電機內。脈沖編碼器2每轉發(fā)出2500個脈沖，經倍數(shù)為4的倍頻器1加倍，反饋給控制系統(tǒng)。 滾珠絲杠選型（1）精度：。絲杠的“任意300mm行程內的行程變動量V300”一般取為定位精度的1/3～1/2，～。0級精度的絲杠V300=。故應取0級精度。（2）疲勞強度:一批相同的滾珠絲杠，在軸向載荷Ca的作用下，在運轉106r后，90%的絲杠不產生疲勞點蝕，則稱Ca為這種規(guī)格絲杠的額定動載荷。首先，計算本例中工作負載造成的絲杠的當量載荷Cm。絲杠在運動時的所受到的最大的外載荷為縱向最大進給力和同方向的滑動摩擦力；而在運動時所受到的最小外載荷為單獨的滑動摩擦力。最大進給力為9000N。工作臺加夾具重量為（300+1200）=14700N。故摩擦力：Ff=Fmin=14700=441 N （）最大載荷：Fmax=9000+441=9441 N （）平局載荷： Fm=2Fmax+Fmin3=29441+4413=6441 N ()由于采用雙絲杠進給系統(tǒng)。所以絲杠的實際平局載荷Fm*= Fmτ，最大載荷Fmax*=Fmaxτ。其中τ為單雙絲杠驅動轉化系數(shù)，即τ=。即Fm*=6441= N，F(xiàn)max*=9441= N。絲杠的最高轉速為4500r/min。工作臺最低速度為3mm/min，故可認為絲杠最低轉速為0。平均轉速nm=2250r/min。絲杠的壽命取15000h。通過查表，fa取1。L=60nm+h106=60225015000106=2025 ( 106r) ()絲杠的當量載荷：Cm=32025= kN ()所選的滾珠絲杠，其額定動載荷Ca不得小于此值Cm，即Ca≥Cm。根據(jù)FFZ系列樣本，選擇FFZ5010型號的滾珠絲杠。直徑50mm，導程10mm，5列。額定動載荷為Ca=64 kN，大于計算結果。預緊力Fp=?Ca，其中?為預加載荷類型系數(shù)，這里取去?=。則Fp=26 kN。由于軸向最大載荷Fmax*不超過預緊力的3倍，所以不需要對預緊力提出額外要求。 絲杠支承設計滾珠絲杠常用的支承方法有3種。表 21 絲杠的支承方式本例中選取“兩端固定”的支承方法。根據(jù)滾珠絲杠副的要求，F(xiàn)FZ5010型號的滾珠絲杠軸端直徑不得超過42mm，故選用40mm的軸承。兩端均采用60176。角接觸軸承的40TAC72A型推力角接觸軸承(內徑40mm，外徑72mm，寬度15 mm)。關于軸承的安裝方式，若采用面對面的安裝方式，當中間軸由于熱膨脹而變長的時候，軸承的游隙會變小，很可能造成滾珠軸承卡死的情況。故在這里兩組軸承均采用均背對背的安裝方式。圖23 成對軸承安裝方式示意圖 伺服電動機的選型：(1).工作載荷的摩擦力矩：Tf=Fmax*Ph2πη=πη= Nm ()(2).預加載荷產生的摩擦力矩：TP=Fp=26000= Nm ()故最大切削力矩：T = Tf +Tp = Nm。適當考慮軸承摩擦造成的摩擦力矩Te。所選伺服電機的額定轉矩大于25 Nm較為合適。： (1)工件和工作臺的慣量轉換：工作臺和工件總重量為1500kg。由于是雙驅動進給，需要考慮轉換系數(shù)，最終轉動慣量折算到電機軸為：J1=mVω2 τ=mPhn2πn2 τ== Kgm2 ()(2)絲杠的慣量： 絲杠的直徑為50mm=， J2=132π103= Kg?m2 ()(3)連接軸慣量： 選用彈性圓柱銷聯(lián)軸器（JB10860Q1型），許用最大轉矩為67Nm，許用最高轉速為5400 r/min，均滿足要求。 kgm2故總慣量為： JL=J1+J2+J3=++≈ kgm2 ()根據(jù)交流伺服電機要求，負載慣量 ≤ 電機轉子轉動慣量10（倍）。所以， kgm2以上。根據(jù)上述的計算要求可以