高速立式加工中心滚珠丝杠螺母副动态特性分析.pdfVIP

2015年4月 机械设计与制造工程 Apr．2015 第44卷 第4期 MachineDesignandManufacturingEngineering V01．44No．4 DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2015．04．008 高速立式加工中心滚珠丝杠螺母副动态特性分析 桂 翔 ，汪永明 (安徽工业大学 机械工程学院，安徽 马鞍山 243032) 摘要 ：为了研究高速立式加工中心的动态特性 ，对其进给系统进行模态分析和谐响应分析十分必 要。根据高速立式加工中心的设计要求，基于 SolidWorks软件建立滚珠丝杠螺母副的三维模型 并进行相应的简化处理 ，采用Hypermesh软件进行 网格划分，并导入 ANSYS软件 中建立相应的有 限元分析模型。针对滚珠丝杠螺母副的不同支撑方式和螺母所处丝杠位置，对其固有振动特性 进行了模态分析，结果表 明，两端固定支撑方式比其他支撑方式有更大的刚度。对滚珠丝杠进行 了正弦载荷激励下的谐响应分析 ，找 出了丝杠谐响应振幅最大时的频率，指 出在实际工作状况中 应尽量避免此频率下的动栽荷 。 关键词：高速立式加工中心；滚珠丝杠螺母副；有限元模型；模态分析；谐响应分析 中图分类号 ：TH122 文献标志码 ：A 文章编号 ：2095—509X(2015)04—0031—04 现代数控机床正向着高速化、高精度化、复 1 滚珠丝杠螺母副的有限元建模 合化和环保化方 向飞速发展 ¨J，这对高速立式加 有 限元计算的准确性取决于正确有效的有 限 工中心的进给系统提出了越来越高的要求 。国内 元模型的建立 6J。根据高速立式加工中心的设计 外学者对滚珠丝杠副的动态特性做 了许多研究， 要求，按照常规滚珠丝杠副的选型方法，针对 方 如宁怀明等 运用有限元分析软件对丝杠进行了 向进给系统的滚珠丝杠螺母副进行选型设计，采用 模态分析，研究了无阻尼 自由振动时的丝杠，得 台湾 TBI的 SFS型高速静音滚珠丝杠，型号为 到了系统的固有频率和振型；谢黎明等 考虑轴 SFS02020—2．8，丝杠公称直径为 20mm，导程为 承结合部对丝杠动态特性的影响，对丝杠进行了 20mm，螺纹升角为 18。42，丝杠长度为 1238mm， 模态分析和谐响应分析 ，验证 了丝杠在有效转速 滚珠圈数为2．8×1，滚珠直径为 3．175mm，滚道直 范围内不会发生共振 ，得出了谐响应振幅最大时 径为5mm，最大转速为3O00r／min。为了验证选型 的频率；侯秉铎等 以超精密滚珠丝杠进给系统 的正确性 ，需对其进行动态特性分析。 试验台为研究对象，提出了一种新的进给系统有 首先，采用 SolidWorks2011软件对设计的滚珠 限元模型，对其工作台进行了谐响应分析；安琦 丝杠螺母副进行三维实体建模 ，并对三维实体模型 瑜等 针对某数控龙门镗铣床滚珠丝杠进给系 进行以下简化和特别处理 ： 统，探讨了有限元模型中结合面的建模方法 ，并 a．去除键、圆角和安装其他装置的螺纹。 进行了动态特性分析。以上文献的研究均未能全 b．省去丝杠外螺纹滚道、螺母 内螺纹滚道和 面考虑滚珠丝杠螺母副的支撑方式及运动状态等 滚珠，用弹簧单元 Combinel4代替 J，在这里取两 因素。本文以某型号高速立式加工中心为研究对 列，一列四组弹簧布置 ，如图1所示 。 象，通过对高速立式加工中心滚珠丝杠螺母副的 将建好的三维模型保存为 x_t格式导人 Hy． 不同支撑