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双驱进给系统动态特性研究

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:265      更新时间:2018-06-26

                                                   谢黎明,周相宇,靳〓岚
                                       (兰州理工大学机电学院,甘肃 兰州〓730050)
摘要:以立式铣车复合加工中心双驱滚珠丝杠进给系统为研究对象,利用ANSYS Workbench建立了包含结合部特性的双驱进给系统有限元模型,分析了丝杠跨距和导轨跨距对双驱进给系统动态性能的影响。分析结果表明:在原有丝杠跨距的基础上继续增大丝杠跨距对双驱进给系统的动态性能影响不明显,而增大导轨跨距能够显著提高双驱进给系统的动态特性。
关键词:双驱进给系统;结合部;Workbench;动态性能
中图分类号:TH132;TG65〓文献标识码:A〓文章编号:2095-509X(2018)01-0054-04

 随着现代机床日益向高速、高精、重载的方向发展,具有良好抗振性、高系统刚度以及快速响应等优点的双滚珠丝杠驱动直线进给系统的应用逐渐增加。在高速重载的工况下进给系统动态性能的优劣直接影响机床的定位精度和加工质量。严江云等从理论上论证了双丝杠重心驱动相对于传统单丝杠传动方式的优越性;周勇建立了双丝杠驱动的有限元模型并进行了动态特性仿真分析,验证了双丝杠驱动相对于单丝杠驱动的优势。芮执元等建立了双驱进给系统刚柔耦合模型,并对该模型进行运动学仿真,通过仿真得到横梁在高速进给时的加速度曲线和横梁上任意点的频率响应曲线,找出了横梁出现不同程度振动的原因。然而国内在进行双驱动进给系统设计时,多数是参照国外机床,以经验法和类比法作为主要设计手段进行设计,对于影响双驱动进给系统动态特性的因素缺乏研究。因此深入研究双驱进给系统的动态性能对提高机床的加工性能具有深刻的意义。本文以动梁无滑枕立式铣车复合加工中心为研究对象,主要研究了双驱进给系统的动态特性,考虑到结合部对系统动态特性的影响,建立了较为符合实际的动力学模型,着重分析了丝杠跨距和导轨跨距对系统动力学特性的影响,为双驱丝杠进给系统的改进设计提供了依据。

1〓有限元模型的建立
1.1〓模型简化
运用SolidWorks建立双驱进给系统的三维实体模型,建模时所需的基本参数:丝杠直径为63mm,丝杠的导程为16mm,丝杠长为2 260mm,横梁的外形尺寸为3 675mm×900mm×225mm,丝杠的跨距为2 260mm,导轨的跨距为1 783mm。将一个复杂的模型简化,可使得建模方便,分析错误概率下降。在建立有限元模型之前对几何模型进行适当简化,忽略螺纹、倒角,圆角等细微特征,将复杂的横梁简化为一个实体块,不考虑对结构动态性能影响小的零部件。双驱进给系统主要零部件的材料及参数见表1。

表1〓双驱进给系统零部件材料及参数
BG〖BHDFG3,WK6,WK6,WK5,WK4,WK6W〗
零部件名称材料名称〖HJ*8〗弹性模量/GPa 〖〗泊松比〖〗密度/(kg·m-3)
〖BHDG1*6/9〗横梁〖〗HT250〖〗135〖〗0.25〖〗7 300
〖BHDWG1*6/9〗滚动导轨副〖〗QT600-3〖〗169〖〗0.28〖〗7 300
〖BH〗丝杠螺母副〖〗GCr15〖〗210〖〗0.30〖〗7 850〖HJ〗
〖BG)F〗〖HT7〗〖HT5〗〖HJ5:*5/9〗

〖1.2〓网格划分
网格划分采用ANSYS Workbench默认的求解器划分网格,网格划分完成后模型有419 603个节点,208 347个单元。划分好的网格模型如图1所示。
。。。。。

基金项目:“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项(2010ZX04001-032)
作者简介:谢黎明(1962—),男,安徽黄山人,兰州理工大学教授,硕士,主要从事先进制造技术及数字化网络制造等方面的研究。

(文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

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