【正文】 其中底座、工作臺(tái)、軸承座和螺母座為自行設(shè)計(jì)，滾珠絲杠、軸承、滑動(dòng)導(dǎo)軌、電機(jī)、和聯(lián)軸器為根據(jù)工作情況按標(biāo)準(zhǔn)選型。所以， 同樣對(duì)底座進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，將影響較小的螺紋孔，倒角等結(jié)構(gòu)去除，主要考慮底座的支承部分對(duì)模態(tài)振型的影響。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 26 頁(yè) 共 39 頁(yè) （ 7）滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定分析 細(xì)長(zhǎng)桿件受壓時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出與強(qiáng)度失效不同的性質(zhì)，他們會(huì)先被壓彎，然后發(fā)生大的變形，最后發(fā)生折斷。 劃分網(wǎng)格后的滾珠絲杠模型如圖 32 所示： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 21 頁(yè) 共 39 頁(yè) 圖 32 滾珠絲杠網(wǎng)格模型 （ 4）定義邊界條件 由于在本系統(tǒng)中采用兩端固定支撐，所以在設(shè)置約束時(shí)，約束絲杠兩端的圓柱面為全自由度約束。但劃分單元的 性質(zhì) 和數(shù)目如果非常合理，那么近似程度就會(huì)很高，得到的結(jié)果也就與實(shí)際情況相符合。本例中的公稱直徑為 50mm，球徑等于 ，故 di= = = () （ 3）絲杠軸承的軸向剛度 Kba 絲杠軸承為 40TAC72A 型，查文獻(xiàn)得兩列組合型的軸向剛度 Kba 為 1230 N/181。 具體結(jié)構(gòu)如圖所示。 （ 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 1600 630 220mm。 ： 空載加速轉(zhuǎn)矩 是指： 執(zhí)行部件從靜止以階躍指令加速到 最快進(jìn)給速度 時(shí) 需要電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩 ， 這個(gè)轉(zhuǎn)矩不得超過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩 Tmax[5]。由于是雙驅(qū)動(dòng)進(jìn)給，需 要 考慮轉(zhuǎn)換系數(shù)，最終轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電機(jī)軸為： () (2)絲杠的慣量： 絲杠的直徑為 50mm=，長(zhǎng)度為 () (3)連接軸慣量： 選用彈性圓柱銷聯(lián)軸器（ JB10860Q1 型）， 許用最大轉(zhuǎn)矩為 67N預(yù)緊力 Fp=? Ca，其中 ? 為預(yù)加載本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 8 頁(yè) 共 39 頁(yè) 荷類型系數(shù)，這里取去 ?=。 最大進(jìn)給力為 9000N。 脈沖編碼器每轉(zhuǎn) 動(dòng)一轉(zhuǎn)會(huì) 發(fā)出一定數(shù)量的脈沖。 企業(yè)目前還沒(méi)有一個(gè)相對(duì)官方的跨距確定原則，一般都是通過(guò)有限元法分析的方法來(lái)計(jì)算出雙絲杠驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)以及絲杠之間的跨距對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)特性的影響，從而 計(jì)算出 最佳的跨距。目前， 在國(guó)內(nèi)比較 低檔 的 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床系統(tǒng) 已經(jīng) 基本實(shí)現(xiàn) 了 國(guó)產(chǎn)化，但在 生產(chǎn)設(shè)計(jì) 高檔的數(shù)控 車床 系統(tǒng)方面 在國(guó)際上 仍處于 相對(duì) 劣勢(shì) 的 地位。如果部分或全部基本的數(shù)控功能是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，則稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控 (Computer Numerical Control，縮寫(xiě)為 CNC)。 Cheng H E 運(yùn)用有限元方法對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析和拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，并將靈敏度分析技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)特性分析中，提高了對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)靜、動(dòng)特性研究的準(zhǔn)確度 [8]。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 5 頁(yè) 共 39 頁(yè) 2 雙 驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 雙 驅(qū)動(dòng)直線進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程 由于現(xiàn)階段對(duì)于雙驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)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(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算基礎(chǔ)上，結(jié)合雙驅(qū)動(dòng)自己的特點(diǎn)，進(jìn)行了雙驅(qū)動(dòng)直線進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 滾珠絲杠選型 （ 1）精度： 本例中要求的 定位精度為 。平均轉(zhuǎn)速 nm=2250r/min。故 在這里兩組軸承均采用均背對(duì)背的安裝方式 。 m，大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 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。同時(shí)地面還要保留安裝絲杠螺母的位 置。 s/rad ,轉(zhuǎn)矩系數(shù) Kt = N?m/A， RM =。 本章小結(jié) 根據(jù)工作條件、壽命、 精度等要求，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行選型工作，并對(duì)其他部件進(jìn)行形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后綜合校核整體精度。為此， 需要對(duì)模型 進(jìn)行簡(jiǎn)化，由于絲杠螺紋對(duì)絲杠模態(tài)振型及靜力分析影響不 大，因此 將絲杠簡(jiǎn)化為無(wú)螺紋的光桿。再進(jìn)行計(jì)算分析便可以得到絲杠在軸向力作用下整體的屈曲變形情況和應(yīng)力分布情況。所以， 同樣對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，將影響較小的螺紋孔， T 型槽，倒角等結(jié)構(gòu)去除，主要考慮工作臺(tái)下部的支承部分對(duì)模態(tài)振型的影響。 減少壁厚會(huì)降低固 有頻率，并且會(huì)降低零部件剛度；但減少壁厚可以節(jié)省材料，節(jié)省成本，而且可以使零部件輕便。 感謝 106 教研室的師兄師姐們特別是 楊 國(guó)維師兄，他們給予我很大的幫助，在ANSYS 操作中遇到問(wèn)題時(shí)，他們熱情的伸出了援助之手，幫我解決了作為新手對(duì)一個(gè)軟件的困惑和無(wú)法入門的迷茫。 在這里 以底座為例，重點(diǎn)對(duì)比支撐架壁厚對(duì)于部件模態(tài)頻率的影響的大小，為以后對(duì)模態(tài)頻率的改進(jìn)工作提供依據(jù)。 則絲杠的橫截面的慣性矩為： () 則計(jì)算出絲杠的臨界壓力為： () 得到安全系數(shù)為： () 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 安全系數(shù) 5，滿足要求。 整理后的各階模態(tài)振型圖 如下 圖 35 所示 ： (a)一階振型 (b)二階振型 (c)三階振型 (d)四階振型 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 23 頁(yè) 共 39 頁(yè) (e)五階振型（ 1） (f)五階振型（ 2） (g)六階振型 圖 35 滾珠絲杠各階振型圖 各階模態(tài)振動(dòng)頻率如下表所示： 表 32 滾珠絲杠各階模態(tài)振動(dòng)頻率 階數(shù) 1 2 3 4 5 6 頻率（ Hz） 1168 （ 6）滾珠絲杠的靜力分析 靜力分析時(shí)，由于受力部分為絲杠中段，如果繼續(xù)使用直桿模型則不便于施加外界載荷，故增加絲杠螺母模型，方便在絲杠中 段施加外界載荷，并且也不會(huì)影響計(jì)算分析的可靠性。 本 文中， 主要 是 進(jìn)行了對(duì)主要零部件的前六階模態(tài)振型的分析以及對(duì)絲杠在軸向力作用下的靜力學(xué)分析及壓桿穩(wěn)定的分析。m。 伺服電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)系數(shù) KM 指的是 ： 伺服電動(dòng)機(jī)的 反電動(dòng)勢(shì)與角速度之比。故需要設(shè)置成筋板結(jié)構(gòu)。 一般情況下加工中心均是 采用兩根導(dǎo)軌條，每條導(dǎo)軌上有兩個(gè)滑塊。 初步選擇 BPA6 交流電機(jī)系列的 A60020 型號(hào)電機(jī)。角接觸軸承的 40TAC72A 型推力角接觸軸承 (內(nèi)徑 40mm，外徑72mm，寬度 15 mm)。 絲杠的最高轉(zhuǎn)速為 4500r/min。脈沖編碼器 2 與電機(jī)軸相連，安裝在交流伺服電機(jī)內(nèi)。 （ 4） 并基于有限元的分析方法，利用 ANSYS 軟件對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的重要部件如工作臺(tái)、底座和滾珠絲杠進(jìn)行了模態(tài)分析， 并對(duì)滾珠絲杠做了靜力分析，并進(jìn)行了壓桿穩(wěn)定的校核 。 曹永峰完成了“ 數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給 CAD 系統(tǒng)”的研究與開(kāi)發(fā)；薛東彬完成了 基于 Pro/E 的滾珠絲 杠參數(shù)化設(shè)計(jì)；安琦瑜，馮平法，郁鼎文等完成了 基于 FEM 研究方法 的滾珠絲杠直線進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析； 趙萬(wàn)軍完成了基于 ANSYS 的滾珠絲杠 直線 進(jìn)給系統(tǒng) 的 靜動(dòng)態(tài)特性分析等等。 關(guān)鍵字 進(jìn)給系統(tǒng) 靜動(dòng)態(tài)分析 有限元 ANSYS 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要 Title The analysis of static and dynamic characteristics of scrolling support linear feed system with dual drive of machining center Abstract The feed drive system is an important part of CNC machining center, The design and static and dynamic character of the feed system will directly affect the accuracy of machining center. Based on the feed system with dual drive as the research object, the present research status at home and abroad of the feed system of machine tool were introduced. We use software Pro/e to finish the design and modeling of the ponents of system. We use ANSYS software (based on FEM) to do the modal analysis of the table, the base and the ball screw. We also do the static analysis of ball screw and check the stability of pression bar of the Screw. Finally, we do the analysis of the influence of thickness of the support section to each order modal frequency. Keywords Feed system Static and dynamic characteristics ANSYS 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 Ⅰ 頁(yè) 共 Ⅰ 頁(yè) 目 次 1 緒論 ................................................................................................................................ 1 研究背景 ............................................................................................................... 1 雙驅(qū)動(dòng)直線進(jìn)給系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 ....................................................................... 1 本文研究?jī)?nèi)容 ....................................................................................................... 3 2 雙絲杠驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)