【正文】 由于時(shí)間較短，再加上精力及條件有限，本文對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算設(shè)計(jì)及靜動(dòng)特性分析研究取得一些成果，但仍然存在部分不足，例如工作臺(tái)和底座等的結(jié)構(gòu)均是根據(jù)結(jié)構(gòu)要求自行設(shè)計(jì)的形狀個(gè)結(jié)構(gòu)，并未結(jié)合考慮鑄造技術(shù)要求等生產(chǎn)條件限制，設(shè)計(jì)與生產(chǎn)并未完全結(jié)合，倒角等細(xì)節(jié)并未完整的設(shè)計(jì)，還需要進(jìn)行近一步的深入研究。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，搜集、查閱了大量的國(guó)內(nèi)外的有關(guān)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算及靜動(dòng)態(tài)分析的研究性文獻(xiàn)。故設(shè)置地面為全約束面，限制3個(gè)自由度。采用智能尺寸進(jìn)行網(wǎng)格分割，選取的劃分單元的精度為4劃分網(wǎng)格后的工作臺(tái)模型如圖所示：圖310 工作臺(tái)網(wǎng)格劃分模型（4）定義邊界條件工作臺(tái)是安置在4個(gè)導(dǎo)軌滑塊上的，在模態(tài)分析中，認(rèn)為工作臺(tái)和滑塊連接的4個(gè)接觸面是固定不動(dòng)的。所以在設(shè)計(jì)桿件部件時(shí)，必須要對(duì)細(xì)長(zhǎng)的直桿進(jìn)行壓桿穩(wěn)定的校核計(jì)算。本例中摩擦力Ff =441 N，絲杠直徑D=50mm，螺母直徑D=74mm，105 Pa。但是實(shí)際上各階模態(tài)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的貢獻(xiàn)度不同，一般前幾階比較大，越往后越小，所以一般截取前面的模態(tài)。滾珠絲杠的材料屬性如下：表31 滾珠絲杠材料屬性彈性模量/GPa泊松比密度/Kgm32007800（3）單元的選擇和網(wǎng)格的劃分建模過(guò)程中采用Solid 92實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 模態(tài)分析 模態(tài)分析簡(jiǎn)介模態(tài)分析是用來(lái)確定物體振動(dòng)特性的一種技術(shù)，通過(guò)它可以確定無(wú)敵的固有頻率、振型和振型參與系數(shù)（即某個(gè)振型在某個(gè)方向上在多大程度上參與了振動(dòng)）[22]。其核心思想是：將一個(gè)連續(xù)的結(jié)構(gòu)體離散為由各種不同單元（也可以是一種單元）組成的離散模型。故載荷僅為摩擦力。代入公式Ktmin=4AEl106=4πdi24El106 () 式中 di—絲杠底徑，等于公稱直徑減球徑。即：KM=1Ke ()A60020型伺服電機(jī)的電勢(shì)系數(shù)Ke =1 V具體結(jié)構(gòu)如圖所示。由于沒(méi)有排放碎屑等要求，所以選用最簡(jiǎn)單的筋板結(jié)構(gòu)，鏤空成長(zhǎng)方體陣列，并在長(zhǎng)方體之間用圓柱導(dǎo)通。（1）尺寸設(shè)計(jì)在本例中，尺寸方面沒(méi)有嚴(yán)格的要求，設(shè)定工作臺(tái)尺寸為1600630220mm。由于背向力和摩擦力等對(duì)載荷的影響很小，在這里忽略不計(jì)?？蛰d加速時(shí)，主要是克服慣性，如果選擇A60020型號(hào)電機(jī)，則總慣量為：J=JL+JM=+= kg m，大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 kgm。根據(jù)滾珠絲杠副的要求，F(xiàn)FZ5010型號(hào)的滾珠絲杠軸端直徑不得超過(guò)42mm，故選用40mm的軸承。根據(jù)FFZ系列樣本，選擇FFZ5010型號(hào)的滾珠絲杠。其中τ為單雙絲杠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化系數(shù)，即τ=。故應(yīng)取0級(jí)精度。電動(dòng)機(jī)每一轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)b應(yīng)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。工作臺(tái)要求的最快進(jìn)給速度vmax= 42m/min。本文以雙滾動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)直線進(jìn)給系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要進(jìn)行一下工作：（1）對(duì)目前國(guó)內(nèi)外數(shù)控車床的直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究狀況進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。現(xiàn)在很多發(fā)達(dá)國(guó)家已采用了雙滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)方式，將驅(qū)動(dòng)力盡可能作用于運(yùn)動(dòng)件的重心，可以在高切削速度和進(jìn)給速度條件下，減小扭轉(zhuǎn)變形，進(jìn)而提高進(jìn)給系統(tǒng)的整體剛度[10]如圖11所示，如果在機(jī)床的重心處有物體，并且不能直接將力加在重心處，可以將力平均分配到重心的兩端，同樣可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給軸的直線進(jìn)給。謝紅，高健等總結(jié)了加工中心的工作臺(tái)、滾珠絲杠副、伺服電機(jī)、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的選擇計(jì)算，還作了伺服進(jìn)給系統(tǒng)中的傳動(dòng)精度計(jì)算、絲杠拉壓振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的驗(yàn)算[9]。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為了發(fā)達(dá)國(guó)家用來(lái)提高制造業(yè)水平的重要基礎(chǔ)，目前各個(gè)國(guó)家都在把發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)作為重要的發(fā)展戰(zhàn)略。 南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)作 者:侯陽(yáng)琨學(xué) 號(hào)：0901500317學(xué)院(系):機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè):機(jī)械工程及自動(dòng)化題 目:加工中心雙驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)支承直線進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與靜動(dòng)校核分析指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))2013年5月畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）中文摘要 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控加工中心的重要組成部分，進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理，靜動(dòng)態(tài)特性如何將直接影響到加工中心的加工精度。日本由于數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展從而使得本國(guó)的制造業(yè)迅速崛起。山東大學(xué)的許向榮等對(duì)滾珠絲杠副的軸向剛度做了分析研究，并進(jìn)一步推導(dǎo)了單螺母滾珠絲杠螺母副的軸向剛度計(jì)算公式,分析了其影響因素,并運(yùn)用Matlab仿真軟件進(jìn)行了仿真,得出了其關(guān)系曲線[10]。圖11 雙滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)如日本森精機(jī)開發(fā)的NV4000DCG機(jī)床就采用了雙滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)技術(shù)；NSK采用特殊的工藝方法制造出了雙驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副，螺紋長(zhǎng)度為1200mm的兩根絲杠。（2）參考單絲杠驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)，對(duì)雙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及選型。假設(shè)伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸節(jié)與絲杠直聯(lián)，即u=1（一般的加工中心都應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成伺服電機(jī)和滾珠絲杠經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器直接相連）。這里選取2500脈沖/r的編碼器，并在其后加一個(gè)4倍的倍頻器。（2）疲勞強(qiáng)度:一批相同的滾珠絲杠，在軸向載荷Ca的作用下，在運(yùn)轉(zhuǎn)106r后，90%的絲杠不產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕，則稱Ca為這種規(guī)格絲杠的額定動(dòng)載荷。即Fm*=6441= N，F(xiàn)max*=9441= N。直徑50mm，導(dǎo)程10mm，5列。兩端均采用60176。適當(dāng)考慮軸承摩擦造成的摩擦力矩Te。m2故總慣量為： JL=J1+J2+J3=++≈ kg轉(zhuǎn)子慣量JM = kgm2 ()一般情況下，伺服電動(dòng)機(jī)的加速時(shí)間用tac表示。只考慮縱向進(jìn)給力F，重力w，和豎直切削力Fc對(duì)滑塊的影響。（2）T形槽設(shè)計(jì)圖25 T型槽尺寸示意圖根據(jù)工作臺(tái)尺寸及厚度均勻原則。同時(shí)地面還要保留安裝絲杠螺母的位置。圖28 導(dǎo)軌安裝位置圖29 軸承座安裝位置圖210 底部支撐架結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)剛度的驗(yàn)算。 s/rad ,轉(zhuǎn)矩系數(shù)Kt = N?m/A，RM =。本例中的公稱直徑為50mm，故di= = =Ktmin=4π2106= N/181。本例中摩擦力Ff =441 N，故彈性變形δ=FfK== 181。然后根據(jù)問(wèn)題的具體情況，設(shè)置劃分出的單元的形式（如梁?jiǎn)卧?、桿單元等）和數(shù)目（一般單元數(shù)量越多則最后得到計(jì)算結(jié)果精度也會(huì)越高，但會(huì)增大工作量），最后用被離散化的物體來(lái)代替原始的研究對(duì)象體進(jìn)行求解，用得到的解來(lái)近似表示真實(shí)的變形情況。因?yàn)榧庸ぶ行牡募ふ窳Φ念l率一般都不會(huì)太高，所以只有前幾階模態(tài)的固有頻率才會(huì)與振源的激振頻率重合或著接近；高階模態(tài)的固有頻率已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可能出現(xiàn)的振源的激振頻率，一般不會(huì)發(fā)生共振，對(duì)加工質(zhì)量精度的影響也不大[20]。本單元由10個(gè)節(jié)點(diǎn)定義，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度：節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的x，y ，z方向的平動(dòng)。設(shè)定analysis type為modal分析，進(jìn)行求解運(yùn)算。得到的應(yīng)力云圖如圖37所示：圖37 滾珠絲杠應(yīng)力云圖得到的應(yīng)變?cè)茍D如圖38所示：圖38 滾珠絲杠應(yīng)變?cè)茍D從應(yīng)變?cè)茍D中看到，106 mm。滾珠絲杠桿長(zhǎng)1800mm，彈性模量為200GPa，最大壓力為9441N。故設(shè)置4個(gè)接觸為全約束，限制3個(gè)自由度。約束設(shè)置如圖所示（約束部分用紫色標(biāo)出）：圖315 底座約束設(shè)置（5）模態(tài)分析求解設(shè)定analysis type為modal分析，進(jìn)行求解運(yùn)算。在借鑒單絲杠驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算分析基礎(chǔ)上，對(duì)目前理論還不是很成熟的雙絲杠驅(qū)動(dòng)直線進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和一些基本部件的靜動(dòng)態(tài)特性分析。 致謝值此論文定稿之際，深深感謝汪振華老師半年來(lái)在學(xué)習(xí)中給予我的諄諄教誨和悉心指導(dǎo)。展望 通過(guò)本文的研究，深刻體會(huì)到設(shè)計(jì)計(jì)算建立加工中心的雙驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的模型，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)力學(xué)分析是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。