空心滾珠絲杠在數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、數(shù)控機(jī)床在向高速、高精度發(fā)展的過(guò)程中，伺服進(jìn)給系統(tǒng)中滾珠絲杠的熱變形成為進(jìn)一步提高機(jī)床加工精度的主要影響因素。其熱源主要包括絲杠滾道與滾珠、滾珠與螺母滾道的摩擦熱，滾珠與支撐軸承內(nèi)外圈的摩擦熱，電機(jī)發(fā)熱通過(guò)聯(lián)軸器傳遞到絲杠上的熱，環(huán)境的輻射熱等。其中滾珠絲杠的摩擦熱占很大的比例，尤其在高速進(jìn)給條件下，摩擦發(fā)熱更加嚴(yán)重，這會(huì)使?jié)L珠絲杠的剛度降低、熱變形更加嚴(yán)重。
　　因此研究在高速條件下抑制滾珠絲杠溫升及熱變形對(duì)提高數(shù)控機(jī)床的加工精

2、度具有深遠(yuǎn)的意義。
　　針對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)中滾珠絲杠主要熱源是絲杠螺母的發(fā)熱，故本文采取重點(diǎn)冷卻與全面冷卻相結(jié)合的方式，即采用空心滾珠絲杠替代實(shí)心滾珠絲杠，通入冷卻介質(zhì)強(qiáng)制冷卻，同時(shí)設(shè)計(jì)空心螺母的冷卻，共同抑制空心滾珠絲杠的熱變形。另外，空心絲杠滾珠絲杠還有助于減小高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，增加絲杠軸的扭曲剛度和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　論文分析了伺服系統(tǒng)熱補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展與前沿的技術(shù)狀況，并針對(duì)我國(guó)的伺服系統(tǒng)研

3、究的趨勢(shì)及研究的實(shí)際情況，確定了本課題的研究路線。從伺服系統(tǒng)作為一個(gè)整體系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，在深入調(diào)研數(shù)控伺服系統(tǒng)各個(gè)性能參數(shù)及其影響的前提下，確定滾珠絲杠的空心化是解決伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性等一系列問(wèn)題關(guān)鍵所在。
　　1、本文根據(jù)傳熱學(xué)、熱力學(xué)、有限元的相關(guān)理論推導(dǎo)出實(shí)心/空心滾珠絲杠的熱變形模型，代入某一加工中心滾珠絲杠伺服進(jìn)給系統(tǒng)的具體參數(shù)，從理論上證明了空心滾珠絲杠冷卻的方法對(duì)于抑制滾珠絲杠的熱變形效果明顯。
　

4、　2、建立實(shí)心/空心滾珠絲杠的三維模型，用ANSYS/Workbench的熱模塊研究相同工況下的空心滾珠絲杠與實(shí)心滾珠絲杠的熱溫度分布的差異；然后將溫度分布作為熱載荷導(dǎo)入結(jié)構(gòu)模塊研究溫度分布對(duì)滾珠絲杠熱變形的影響。
　　3、深入研究了空心滾珠絲杠在不同轉(zhuǎn)速下的溫度分布及熱變形規(guī)律，得出空心滾珠絲杠轉(zhuǎn)速與熱變形的關(guān)系，同時(shí)由仿真模型驗(yàn)證了理論模型的正確性?？招臐L珠絲杠通入不同流量的冷卻液，其溫度分布與熱變形隨冷卻液流量的增加呈現(xiàn)出弱

5、化冷卻液影響的趨勢(shì)。
　　4、仿真分析了不同種類的冷卻介質(zhì)對(duì)空心滾珠絲杠散熱性能的影響。對(duì)于空心滾珠絲杠的開孔大小這一因素的仿真，綜合考慮了空心滾珠絲杠強(qiáng)度、剛度的因素。為了研究空心滾珠絲杠達(dá)到熱平衡的時(shí)間對(duì)數(shù)控機(jī)床熱啟動(dòng)的影響，做了空心/實(shí)心滾珠絲杠的對(duì)比仿真。
　　5、建立了空心滾珠絲杠伺服進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在 MATLAB/Simulink中編寫M文件，通過(guò)伯德圖驗(yàn)證空心滾珠伺服進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性及由Routh判據(jù)證