【正文】 情況。圖26 工作臺(tái)局部結(jié)構(gòu)（4）支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于設(shè)置連接部分，所以工作臺(tái)下半部分厚度很大，如果做成實(shí)心結(jié)構(gòu)則會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)笨重。忽略次要影響因素，可以認(rèn)為“輸入電壓=反電動(dòng)勢(shì)”。m/N ()故 K=1/= N/181。ANSYS操作簡(jiǎn)單方便、功能強(qiáng)大，已經(jīng)成為了在國(guó)際上現(xiàn)在最為流行的有限元分析軟件之一。絲杠模型約束設(shè)置如圖33所示（約束部分用紫色標(biāo)出）：圖33 滾珠絲杠約束設(shè)置（5）模態(tài)分析求解物體的實(shí)際振動(dòng)是各階模態(tài)的疊加效果。在直桿喪失了穩(wěn)定性后，再增大很小的外載荷都會(huì)造成直桿產(chǎn)生很大的彎曲變形，使直桿喪失支撐的能力。底座的材料屬性如下：表35 底座材料屬性彈性模量/GPa泊松比密度/Kgm31357300（3）單元的選擇和網(wǎng)格的劃分在底座的建模過(guò)程中依然采用Solid 92實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。并對(duì)支撐部分壁厚對(duì)于模態(tài)各階頻率的影響做了對(duì)比分析，得到了增加壁厚可以增大固有頻率的初步結(jié)論。主要完成了以下工作：(1)本文以雙滾動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)直線進(jìn)給進(jìn)給系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)的研究狀況進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，闡述了已取得的研究成果以及仍存在的不足。約束設(shè)置如圖所示（約束部分用紫色標(biāo)出）：圖311 工作臺(tái)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。 N/181。非常適合不規(guī)則形狀的結(jié)構(gòu)特別是曲線邊界的擬合。有限元分析中分析的對(duì)象已經(jīng)不再是原始對(duì)象，而是由大量的單元以某種的方法聯(lián)結(jié)而成的離散對(duì)象。m ()（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。其中0級(jí)絲杠V300=。選擇T型槽尺寸為：A=28mm、B=50mm、C=20mm、H=48mm、P=100mm。tac=2π4500 Tmax= s () s即可。m2 ()根據(jù)交流伺服電機(jī)要求，負(fù)載慣量 ≤ 電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量10（倍）。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。傳動(dòng)系統(tǒng)總體如圖22所示：圖22 傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖伺服電機(jī)3與滾珠絲杠5通過(guò)聯(lián)軸器4聯(lián)結(jié)。（3）利用三維造型軟件Pro/e，對(duì)雙驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的組成部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)及裝配。東北大學(xué)的邱國(guó)富對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的特性進(jìn)行了研究，并建立了進(jìn)給系統(tǒng)的伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并用ANSYS及Simulink對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的特性進(jìn)行了分析和動(dòng)態(tài)性能的仿真[11]。本文以雙滾動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)直線進(jìn)給進(jìn)給系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)的研究狀況進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹；利用三維造型軟件Pro/e，對(duì)雙驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的組成部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)及裝配；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；在最后對(duì)“支撐部分壁厚對(duì)模態(tài)各階頻率的影響”做了分析。大連理工的戴曙總結(jié)了一套關(guān)于數(shù)控機(jī)床直線進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法以及其中比較重要的傳動(dòng)部件和滾珠絲杠及絲杠支承的計(jì)算設(shè)計(jì)方法。 本文研究?jī)?nèi)容進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是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)的特性如何將會(huì)直接的影響到加工中心的加工精度。這里選定脈沖當(dāng)量為a=。所以絲杠的實(shí)際平局載荷Fm*= Fmτ，最大載荷Fmax*=Fmaxτ。表 21 絲杠的支承方式本例中選取“兩端固定”的支承方法。m，許用最高轉(zhuǎn)速為5400 r/min，均滿足要求。：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]。 工作臺(tái)設(shè)計(jì)工作臺(tái)是零件加工的場(chǎng)所，是采用鑄造技術(shù)，自行設(shè)計(jì)制造。考慮到要方便排放碎屑，在底座上面凹槽部分上下打通，方便碎屑排放。故距離l=900+150=1050mm=。最終雙驅(qū)動(dòng)直線進(jìn)給系統(tǒng)的總體裝配圖如下所示：圖211 整體裝配效果圖3 雙驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的有限元建模與靜動(dòng)態(tài)分析 有限元及ANSYS簡(jiǎn)介 有限元方法簡(jiǎn)介有限元法是是近似求解一般連續(xù)域問(wèn)題的一種數(shù)值方法，最初是用于對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析，后來(lái)很快就廣泛應(yīng)用于如電磁場(chǎng)、流體力學(xué)等各種連續(xù)域問(wèn)題；有限元法適應(yīng)于任意復(fù)雜的幾何區(qū)域，可以處理不同的邊界條件，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在20世紀(jì)中葉以來(lái)，有限元法以其獨(dú)有的計(jì)算優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用[22]。 滾珠絲杠簡(jiǎn)化后的模型如圖31所示：圖31 滾珠絲杠簡(jiǎn)化模型（2）定義材料屬性根據(jù)ANSYS模態(tài)分析需要，定義彈性模量和材料的密度。故載荷僅為摩擦力。工作臺(tái)的材料屬性如下：表33 工作臺(tái)材料屬性彈性模量/GPa泊松比密度/Kgm31357300（3）單元的選擇和網(wǎng)格的劃分在工作臺(tái)的建模過(guò)程中依然采用Solid 92實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。結(jié) 論本論文的主要工作 加工中心已經(jīng)成為了近幾年來(lái)發(fā)展的熱點(diǎn)內(nèi)容，加工中心目前正朝著高速、高精度、高穩(wěn)定性的方向發(fā)展，對(duì)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)性能的要求也是越來(lái)越高。 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)。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。滾珠絲杠桿長(zhǎng)1800mm，彈性模量為200GPa，最大壓力為9441N。設(shè)定analysis type為modal分析，進(jìn)行求解運(yùn)算。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]。本例中摩擦力Ff =441 N，故彈性變形δ=FfK== 181。 s/rad ,轉(zhuǎn)矩系數(shù)Kt = N?m/A，RM =。同時(shí)地面還要保留安裝絲杠螺母的位置。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。轉(zhuǎn)子慣量JM = kg適當(dāng)考慮軸承摩擦造成的摩擦力矩Te。直徑50mm，導(dǎo)程10mm，5列。（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。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）。圖11 雙滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)如日本森精機(jī)開(kāi)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。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。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?，F(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。工作臺(tái)要求的最快進(jìn)給速度vmax= 42m/min。故應(yīng)取0級(jí)精度。根據(jù)FFZ系列樣本，選擇FFZ5010型號(hào)的滾珠絲杠。m。 m，大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。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)。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。即：KM=1Ke ()A60020型伺服電機(jī)的電勢(shì)系數(shù)Ke =1 V故載荷僅為摩擦力。 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]。但是實(shí)際上各階模態(tài)對(duì)系統(tǒng)