【摘 要】
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随着现代装备制造业的快速发展,作为装备制造业核心的数控机床的工作性能越来越需要有质的提升。滚珠丝杠螺母副作为数控机床进给系统的关键部件,其静动态特性直接影响数控机床的加工精度。近年来国内外学者针对静态特性开展了大量的研究工作,取得了一定的进展,但是总体而言,未将装配误差与系统静动力学特性联系起来。为此,本文针对上述问题,探索工作台运动误差对丝杠进给系统接触特性影响的研究,研究工作及成果归纳如下。(
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“基于装配质量的滚珠丝杠进给系统热力耦合机理的理论与试验研究”(项目编号:51775094);
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随着现代装备制造业的快速发展,作为装备制造业核心的数控机床的工作性能越来越需要有质的提升。滚珠丝杠螺母副作为数控机床进给系统的关键部件,其静动态特性直接影响数控机床的加工精度。近年来国内外学者针对静态特性开展了大量的研究工作,取得了一定的进展,但是总体而言,未将装配误差与系统静动力学特性联系起来。为此,本文针对上述问题,探索工作台运动误差对丝杠进给系统接触特性影响的研究,研究工作及成果归纳如下。(1)基于坐标变换理论,依据导轨、工作台、滚珠丝杠和单螺母在滚珠丝杠进给系统中的实际位置关系,推导出工作台运动误差与单螺母滚珠丝杠副位置关系表达式;以一端固定一端支撑丝杠安装方式为例,将滚珠丝杠轴进给系统简化为超静定梁,依据经典材料力学理论,建立了考虑伺服电机轴与丝杠轴不对中误差及工作台运动误差的丝杠进给系统的准静力学模型;通过数值计算,探明了轴不对中误差及工作台运动误差对丝杠轴外部附加径向支反力的影响规律。(2)利用Hertz接触理论、各滚珠位置关系及丝母副内部各滚珠所受的轴向力平衡和径向力平衡关系,推导出丝杠变形协调的非线性超约束方程组,建立了考虑工作台运动误差的单螺母滚珠丝杠副的载荷分布模型;利用詹重禧最小二乘算法,开发出超约束非线性方程组求解程序;通过数值计算,系统地分析了轴向载荷、预紧力、工作台运动误差及位置对各滚珠接触法向力、接触角及载荷分布的影响规律。(3)基于考虑工作台运动误差的单螺母滚珠丝杠副载荷分布模型,推导出滚珠丝杠副各个方向上的局部接触刚度和总体刚度的计算表达式,建立了考虑工作台运动误差的单螺母丝杠螺母副的刚度模型;通过数值计算,定量分析了工作台运动误差对丝杠螺母副内各滚珠局部各方向接触刚度及总体刚度的影响,探明了运动误差作用下各个滚珠所受的局部接触刚度变化规律。
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