带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态特性研究

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随着现代机床日益向高速度、高精度方向发展,对机床的加工精度和可靠性提出了更高的要求,也就要求机床具有更加优良的动力学特性,而机床结合部的动态特性,作为整机动态特性的重要组成部分,对整机的动力学性能有着显著的影响。但是,由于影响结合部动力学特性的因素很多,且比较复杂,因此迄今为止,结合部动力学参数的确定仍然是机床整机进行动态理论分析和优化设计的关键问题之一。带滚珠丝杠副的直线导轨结合部是现代数控机床中的典型结合部,其自身的动力学性能对机床整机动态特性的影响显著。然而,至今尚无关于此结合部动态特性参数的有效建模方法,因此,研究此结合部动态特性参数的理论建模方法对分析机床整机的动力学特性具有重要意义。 为了求得结合部X Y、X空间三个方向上的动态刚度特性参数,本文以弹性力学中的赫兹弹性接触理论为基础,分析计算了滚动直线导轨的线刚度、滚珠丝杠副的轴向刚度和角接触滚珠丝杠滚动轴承的轴向刚度,得到结合部三个方向上的刚度值,建立了带滚珠丝杠副的直线滚动导轨结合部的动态刚度特性参数模型。 基于液体静压技术原理和赫兹接触理论,分析计算了静压直线导轨的线刚度、滚珠丝杠副的轴向刚度和推力滚子轴承的轴向刚度,建立了带滚珠丝杠副的机床直线静压导轨结合部动态刚度特性参数模型。 在MATLAB平台上开发了基于GUI的用于计算滚珠丝杠副中螺母组件轴向刚度和滚动直线导轨线刚度的通用计算程序。 为揭示工作载荷对结合部刚度特性参数的影响规律,本文以一款立式加工中心上的带滚珠丝杠副直线滚动导轨结合部为例,分析了结合部三个方向刚度与工作载荷的变化规律。结果表明,在预紧力不变的情况下,结合部刚度与工作载荷的变化成正比。 在考虑结合部因素的情况下,分析了一款立式加工中心和一款数控轧辊磨床的整机动力学特性,验证了本文提出的结合部动态刚度特性参数模型的有效性和可行性。 较传统的参数识别法和有限元计算法相比,本文提出的动态参数分析模型,具有物理概念清晰、计算简单等特点。此模型可用于机床整机的动力学特性分析研究。
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