【導(dǎo)讀】直線進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與靜動(dòng)校核分析。靜動(dòng)態(tài)特性如何將直接影響到加工中心的加工精度。本文以雙滾動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)直線進(jìn)給進(jìn)給系統(tǒng)為研究對象，對目前國內(nèi)外機(jī)床的。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。對進(jìn)給系統(tǒng)的重要部件如工作臺、底座和滾珠絲杠進(jìn)行了模態(tài)分析，并對滾珠絲。杠做了靜力分析，并進(jìn)行了壓桿穩(wěn)定的校核；在最后對“支撐部分壁厚對模態(tài)各。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要

　　

【正文】 工作臺約束設(shè)置 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 29 頁 共 39 頁 （ 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。 (a)一階振型 (b)二階振型 (c)三階振型 (d)四階振型 (e)五階振型 (f)六階振型 圖 312 工作臺各階振型圖 各階模態(tài)振動(dòng)頻率如下表所示： 表 34 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） 1189 1262 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 30 頁 共 39 頁 底座的模態(tài)分析 （ 1）模型簡化 在用 ANSYS 對底座進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)分析的過程中，大量的螺紋孔以及各種 倒角會(huì)造成分析模型過于龐大并且出現(xiàn)畸形單元。所以， 同樣對底座進(jìn)行模型簡化，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模態(tài)振型的影響。 簡化后的底座模型如圖 313 所示： 圖 313 底座簡化模型 （ 2）定義材料屬性 同樣，在底座 的 模態(tài) 分析中 也 必須定義彈性模量和密度。 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 /Kgm3 135 7300 （ 3）單元的選擇和網(wǎng)格的劃分 在底座的 建模過程中 依然 采用 Solid 92 實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 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 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 31 頁 共 39 頁 劃分網(wǎng)格后的 底座 模型如圖 314 所示： 圖 314 底座網(wǎng)格劃分模型 （ 4）定義邊界條件 底座是安置在加工中心箱體上的，在模態(tài)分析中， 認(rèn)為底座底面是和箱體連接固定不動(dòng)的。故設(shè)置地面為全約束面，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）： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 32 頁 共 39 頁 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。 (a)一階振型 (b)二階振型 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 33 頁 共 39 頁 (c)三階振型 (d)四階振型 (e)五階振型 (f)六階振型 圖 316 底座各階模態(tài)振型圖 各階模態(tài)振動(dòng)頻率如下表所示： 表 36 底座各階模態(tài)振動(dòng)頻率 階數(shù) 1 2 3 4 5 6 頻率（ Hz） 1027 1102 1135 1195 1300 1354 模態(tài)對比分析 模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及設(shè)備故障診斷的重要方法，而支撐的肋板部分又是影響各階模態(tài)頻率的重要因素。 在這里 以底座為例，重點(diǎn)對比支撐架壁厚對于部件模態(tài)頻率的影響的大小，為以后對模態(tài)頻率的改進(jìn)工作提供依據(jù)。 （ 1）小壁厚模型的模態(tài)分析 壁厚適當(dāng)減小后的底座模型如圖 317 所示： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 34 頁 共 39 頁 圖 317 小壁厚的底座模型圖 在同樣依據(jù)之前的步驟進(jìn)行模態(tài)分析，得到各階模態(tài)頻率如下表所示： 表 37 小壁厚底座各階模態(tài)振動(dòng)頻率 階數(shù) 1 2 3 4 5 6 頻率（ Hz） 722 739 869 897 969 1107 （ 2）大壁厚模型的模態(tài)分析 適當(dāng)增加壁厚后的底座模型如圖 318 所示： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 35 頁 共 39 頁 圖 318 大壁厚底座模型圖 在同樣依據(jù)之前的步驟進(jìn)行模態(tài)分析，得到各階模態(tài)頻率如下表所示： 表 38 大壁厚底座各階模態(tài)振動(dòng)頻率 階數(shù) 1 2 3 4 5 6 頻率（ Hz） （ 3）總結(jié) 對比數(shù)據(jù)很明顯顯示，減小壁厚會(huì)降低各階頻率，不利于零部件避開激振頻率，而增大壁厚很明顯將增大各階模態(tài)頻率，有利于避開激振頻率。 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。所以，在設(shè)計(jì)零部件時(shí)應(yīng)在滿足剛度和固有頻率要求的前提下，綜合考慮制造工藝，適當(dāng)降低壁厚。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 36 頁 共 39 頁 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越高。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，搜集、查閱了大量的國內(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)。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。 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)為研究對象，對目前國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)的研究狀況進(jìn)行了簡單介紹 ，闡述了已取得的研究成果以及仍存在的不足。 (2) 利用三維造型軟件 Pro/e，對雙驅(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 。其中底座、工作臺、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。 (3) 基于有限元的分析方法，利用 ANSYS 軟件對進(jìn)給系統(tǒng)的重要部 件如工作臺、底座和滾珠絲杠進(jìn)行了模態(tài)分析，并對滾珠絲杠做了靜力分析，并進(jìn)行了壓桿 穩(wěn)定的校核。并對支撐部分壁厚對于模態(tài)各階頻率的影響做了對比分析，得到了增加壁厚可以增大固有頻率的初步結(jié)論。 展望 通過本文的研究，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，并對其進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)力學(xué)分析是一個(gè)復(fù)雜的過程。由于時(shí)間較短，再加上精力及條件有限，本文對進(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。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 37 頁 共 39 頁 致謝 值此論文定稿之際，深深感謝汪振華老師半年來在學(xué)習(xí)中給予我的諄諄教誨和悉心指導(dǎo)。汪老師在我畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給我提供了良好的學(xué)習(xí)、科研環(huán)境，特別是在論文選題、課題研究和論文撰寫的整個(gè)過程中，汪老師給予了我精心的指導(dǎo)。 感謝 106 教研室的師兄師姐們特別是 楊 國維師兄，他們給予我很大的幫助，在ANSYS 操作中遇到問題時(shí)，他們熱情的伸出了援助之手，幫我解決了作為新手對一個(gè)軟件的困惑和無法入門的迷茫。 最后， 感謝各位 老師在日理萬機(jī)中能夠騰出寶貴時(shí)間來審核本論文的各位老師們！ 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 38 頁 共 39 頁 參考文獻(xiàn) [1] 宋天麟．?dāng)?shù)控機(jī)床及其使用與維修 [M]．南京：東南大學(xué)出版社． 20xx:46 [2] 黃新燕，機(jī)床數(shù)控技術(shù)及編程 [M].北京 .北京理工大學(xué)出版社 .20xx:112 [3] 戴曙 . 第二講數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)（之一） .制造技術(shù)與機(jī)床 . 1994(10): 4549 [4] 戴曙 .第二講數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)（之二） . 制造技術(shù)與機(jī)床 .1994（ 11）： 4952 [5] 戴曙 .第二講數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)（之三） .制造技術(shù)與 機(jī)床 .1994（ 12）： 4750 [6] Mizuho of linear guide and ball screw stiffness[J]. Int. Journal of Precision Engineering, 1999(33): 173～ 177 [7] Kakino Y,Matsubara A． Highacceleration feed drive system for NC machine tools[J]. Int. Journal of Precision Engineering, 20xx,30(4): 63～ 66 [8]Cheng H E, Mizuho N. The analysis and improvement of the dynamic accuracy of CNC machine tools [Dissertation][J]. National Taiwan Institute of Technology, 1993 [9] 謝紅，高鍵 .加工中心的工作臺和伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].20xx:14 [10] 許向榮，宋現(xiàn)春，姜洪奎等 .單螺母滾 珠絲杠副軸向剛度的分析研究 [J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào) .20xx:14 [11] 邱國富 .數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的研究 [D].沈陽 .東北大學(xué) .20xx:1758 [12] 曹永峰 .數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給 CAD 系統(tǒng)的研究與開發(fā) ,西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 ,20xx:664 [13] 薛東彬 ,基于 Pro/E 的滾珠絲杠參數(shù)化設(shè)計(jì) ,計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) ,36(9), 20xx, 3132 [14］安琦瑜，馮平法，郁鼎文．基于 FEM 的滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析［ J］ .制造技術(shù)與機(jī)床， 20xx( 10) :8589 [15］ 趙萬軍． 基于 ANSYS 的滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)特性分析［ J］． 機(jī)械傳動(dòng)， 20xx， 34( 5) : 6870 [16］許向榮，宋現(xiàn)春，姜洪奎． 提高數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械剛度的措施［ J］． 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)， 20xx( 11) : 14 [17] 高瑩，趙宏安，董建軍． VHT 系列五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心的設(shè)計(jì)［ J］． 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)， 20xx ( 11) : 8082 [18] 郭崇嵩，芮執(zhí)元，劉軍 .銑車加工中心雙驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)特性分析[J].20xx:14 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 39 頁 共 39 頁 [19] 方鍵 .機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) [M].北京 .化學(xué)工業(yè)出版社 .20xx:195207 [20] 戴曙，金屬切削機(jī)床 [M].大連 .機(jī)械工業(yè)出版社 .1994:217236 [21] 劉鴻文，材料力學(xué) [M].北京 .高等教育出版社 .20xx:290300 [22] 薛風(fēng)先， ANSYS 機(jī)械與結(jié)構(gòu)有限元分析 [M].北京 .機(jī)械工業(yè)出版社 .20xx：284296