滚动直线导轨副数控精密工作台的静动态性能分析

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随着现代制造技术的不断发展,传统的制造业发生了巨大的变化,同时机械传动机构的定位精度、导向精度和进给速度在不断提高,使传统的导向机构发生了重大变化。滚动直线导轨副以其独有的特性,逐渐取代了传统的滑动直线导轨,在工业生产中得到了广泛的应用。同时搭建目前典型的滚珠丝杠带动的四滑块工作台试验系统也是数控伺服系统执行机构的重要组成环节,为使其具有较高的稳定性,需要进行必要的力学及静动态方面的分析。本文以安装有艺工牌GGB25BA四方向等载荷窄型滚动直线导轨副的SZHT2020-P4型数控精密工作台为研究对象,通过理论、试验和有限元分析相结合的方法研究滚动直线导轨副精密工作台的各项性能。根据导轨副刚性和抗振性差、结构复杂等的缺点,本文主要针对这两方面的特点,对滚动直线导轨副精密工作台进行了力学性能以及静动态性能的一些研究。本文的研究内容主要包含以下几个方面:(1)对课题研究意义、滚动直线导轨副国内外发展现状以及最新研究动向进行理论性的了解,并对全文进行构思,提出了理论研究、动态试验和有限元分析相结合的研究方法。(2)对滚动直线导轨副进行了与力学相关的分析。分析了影响其工作性能的几个重要参数指标。并分析了摩擦力的影响因素之一的弹性滞后损失,得到较精确的摩擦力。推导出精密工作台各滑块受载的理论计算公式;并通过模拟的试验工况载荷来验算导轨副的工作性能。得到了精密工作台呈直线和抛物线轨迹运动时,各方向速度的关系,并开发系统程序对其验证并演示。(3)使用ANSYS Workbench软件对单滑块导轨副进行静力分析,试凑出一种未知弹性体夹层来代替钢球、保持架和滚道间结合面的复杂接触关系,使导轨副在样本规定的几种额定负载之内所产生的刚度变形量,满足刚度要求。得到了准确的有限元模型。(4)用有限元仿真方法识别出了滚动直线导轨副的静刚度。采用弹簧加阻尼的方法模拟结合面,建立了滚动直线导轨副的动力学模型,推导其固有频率的理论公式并计算结果。进行有限元模态分析,求得前6阶的固有频率及对应的振型,对照结果并证明有限元模型及理论模型的动态性能的分析是准确的。(5)对精密工作台整体静、动态特性进行有限元分析。求解了其整体及各向的静刚度值。考虑结构的动态特性,对工作台进行了模态分析,确定结构的固有频率和振型。(6)使用HP3566A动态信号分析系统,并采用锤击法,对工作台进行动态试验,测得了工作台的固有频率及振型,得到了精密工作台的实际动态特性,同时对比有限元分析结果,验证有限元分析模型的正确性。本文对有效提高导轨副产品质量具有实际意义,同时也为新产品开发提供重要的理论依据和试验装置手段。
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