【導(dǎo)讀】直線進給系統(tǒng)設(shè)計與靜動校核分析。靜動態(tài)特性如何將直接影響到加工中心的加工精度。本文以雙滾動絲杠驅(qū)動直線進給進給系統(tǒng)為研究對象，對目前國內(nèi)外機床的。系統(tǒng)的組成部件進行了設(shè)計及裝配；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；在最后對“支撐部分壁厚對模態(tài)各。畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要

　　

【正文】 作臺約束設(shè)置 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（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，進行求解運算。 (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)振動頻率如下表所示： 表 34 滾珠絲杠各階模態(tài)振動頻率 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 對底座進行動靜態(tài)分析的過程中，大量的螺紋孔以及各種 倒角會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 實體單元進行網(wǎng)格劃分。 采用智能尺寸進行網(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的。故設(shè)置地面為全約束面，限制 3 個自由度。 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，進行求解運算。 (a)一階振型 (b)二階振型 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（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)振動頻率如下表所示： 表 36 底座各階模態(tài)振動頻率 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)動態(tài)設(shè)計及設(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。 減少壁厚會降低固 有頻率，并且會降低零部件剛度；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)計零部件時應(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，對進給驅(qū)動系統(tǒng)的靜動態(tài)性能的要求也是越來越高。 本次畢業(yè)設(shè)計過程中，搜集、查閱了大量的國內(nèi)外的有關(guān)進給驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計計算及靜動態(tài)分析的研究性文獻。在借鑒單絲杠驅(qū)動進給系統(tǒng)的設(shè)計計算分析基礎(chǔ)上，對目前理論還不 是很成熟的雙 絲杠 驅(qū)動 直線 進給系統(tǒng)進行了設(shè)計計算和一些 基本部件的靜動態(tài)特性分析。 主要完成了以下工作： (1)本文以雙滾動絲杠驅(qū)動直線進給進給系統(tǒng)為研究對象，對目前國內(nèi)外數(shù)控機床的進給系統(tǒng)的研究狀況進行了簡單介紹 ，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)動進給系統(tǒng)的組成部件進行了設(shè)計及裝配 。其中底座、工作臺、軸承座和螺母座為自行設(shè)計，滾珠絲杠、軸承、滑動導(dǎo)軌、電機、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。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，深刻體會到設(shè)計計算建立加工中心的雙驅(qū)動進給系統(tǒng)的模型，并對其進行動靜態(tài)力學(xué)分析是一個復(fù)雜的過程。由于時間較短，再加上精力及條件有限，本文對進給系統(tǒng)的計算設(shè)計及靜動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)計的形狀個結(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，還需要進行近一步的深入研究。 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（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，他們熱情的伸出了援助之手，幫我解決了作為新手對一個軟件的困惑和無法入門的迷茫。 最后， 感謝各位 老師在日理萬機中能夠騰出寶貴時間來審核本論文的各位老師們！ 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 38 頁 共 39 頁 參考文獻 [1] 宋天麟．?dāng)?shù)控機床及其使用與維修 [M]．南京：東南大學(xué)出版社． 2020:46 [2] 黃新燕，機床數(shù)控技術(shù)及編程 [M].北京 .北京理工大學(xué)出版社 .2020:112 [3] 戴曙 . 第二講數(shù)控機床進給系統(tǒng)設(shè)計（之一） .制造技術(shù)與機床 . 1994(10): 4549 [4] 戴曙 .第二講數(shù)控機床進給系統(tǒng)設(shè)計（之二） . 制造技術(shù)與機床 .1994（ 11）： 4952 [5] 戴曙 .第二講數(shù)控機床進給系統(tǒng)設(shè)計（之三） .制造技術(shù)與 機床 .1994（ 12）： 4750 [6] Mizuho of linear guide and ball screw stiffness[J]. 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