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提高數(shù)控機(jī)床的加工精

2、度具有深遠(yuǎn)的意義。
　　針對伺服進(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。主要研究內(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，并針對我國的伺服系統(tǒng)研

3、究的趨勢及研究的實(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。
　　4、仿真分析了不同種類的冷卻介質(zhì)對空心滾珠絲杠散熱性能的影響。對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)間對數(shù)控機(jī)床熱啟動的影響，做了空心/實(shí)心滾珠絲杠的對比仿真。
　　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