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立式加工中心滾珠絲杠優化設計

2019-5-16 來源：江蘇牧力數（shù）控（kòng）科技有限公司作（zuò）者：王（wáng）宏（hóng）來

摘　要：滾珠絲杠是立式加（jiā）工中心進（jìn）給係統的（de）關鍵傳動部件，它的精度與性能直接影響立式加工中心的性（xìng）能。由（yóu）於滾珠絲杠在外力的作用下容易產生變形、振（zhèn）動等特點，以（yǐ）立式加工中心的（de）滾珠絲杠為研究對象，應用（yòng）有限元軟件對滾珠絲杠進行（háng）模態分析（xī），為結構優化提供依據。

關（guān）鍵詞：立式加工；滾珠絲杠；三維建模

隨著（zhe）加工中心不斷向高精度方向發展，對（duì）滾珠（zhū）絲杠提出了更（gèng）高的要求。滾（gǔn）珠絲杠（gàng）的激振頻率接近滾珠絲杠的共振頻率，滾珠絲杠會產生共振，會直接影響加工工件的（de）加工質量。由（yóu）於滾珠絲杠直接帶動工作台、滑座和主軸箱進行進給運動，直接影響加（jiā）工（gōng）精度。因此，研究滾珠絲杠的動態性能具有重要的意義。

1 、滾（gǔn）珠絲杠模型的建立

本文以立式加工中心使用的 EBA2005-3 型滾珠絲杠，運用 Solid Works 三維建模軟件建（jiàn）立滾珠絲杠的模型，忽略對滾珠絲杠模態仿真無影響的倒角、孔等結構，建立滾珠絲杠的三維模（mó）型。將三維模型導入到 ANSYS Workbench 軟件中（zhōng）。設置滾（gǔn）珠絲杠泊鬆比為 0.3、材料密度（dù）為 7850kg/m3和彈性模量為 210000MPa。根據滾珠絲杠的實際工況，約束滾珠（zhū）絲杠兩端的移（yí）動，對（duì）眼 X 軸方向不進行約束。利用軟件自帶的（de）劃分網格軟（ruǎn）件對（duì）滾珠絲杠進行自動網格劃分。

2 、滾（gǔn）珠絲杠的模態分析

模態分析可以幫助設計人員對滾珠絲杠（gàng）的設計，從（cóng）而避免產生共振。滾珠（zhū）絲杠的前六階模態的固有頻率會對（duì）動態特（tè）性分析其作用，通過軟件自帶的求解器求（qiú）解前六階的固有頻率和振型。由於相鄰振型相同，這裏（lǐ）隻提取一階、三階和五階的振型，一階振型如圖 1 所示，三階振型如圖 2 所示，五階振型如圖 3 所示。

圖 1 一階絲杠（gàng）振型圖

圖 2 三階絲杠振型圖

圖 3 五階絲杠振型圖

經過模態分析發現（xiàn），絲杠在一階振型變表現為沿（yán） Y 軸彎曲，三（sān）階振型滾珠絲杠在兩端都發生彎曲，五階振型滾珠絲（sī）杠（gàng）發生三次彎（wān）曲變形。滾珠絲杠的中間部位變形最大為振動的薄弱環節，在滾珠絲杠設計中采取雙螺母進行安（ān）裝 , 安裝方式如圖（tú） 4 所示。

圖 4 雙螺母滾珠絲杠（gàng）

通過對雙螺母滾珠絲杠進行模態分析發現絲杠的前六階固（gù）有（yǒu）頻率均有所提高（gāo），絲杠的彎曲程度也（yě）比優化前（qián）絲杠的彎（wān）曲程度要小。經過改進，滾珠絲杠的一階固有頻率提高到（dào）46HZ，發現滾珠（zhū）絲杠的動態（tài）性能得到很大的改善。

3 、結束語

通過對（duì）工作台（tái）的優化，發現工作台的動態性能（néng）得到（dào）了改善（shàn），為其他部件的優化和改（gǎi）進提供了可靠的（de）數據支撐。

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