立式加工中心滾珠絲杠優化設計
2019-5-16 來源： 江蘇牧力數控科技有限公司 作者：王宏來
摘 要：滾珠絲杠是立式加工中心進給系統的關鍵傳動部件，它的精度與性能直接影響立式加工中心的性能。由于滾珠絲杠在外力的作用下容易產生變形、振動等特點，以立式加工中心的滾珠絲杠為研究對象，應用有限元軟件對滾珠絲杠進行模態分析，為結構優化提供依據。
關鍵詞：立式加工；滾珠絲杠；三維建模
隨著加工中心不斷向高精度方向發展，對滾珠絲杠提出了更高的要求。滾珠絲杠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加工質量。由于滾珠絲杠直接帶動工作臺、滑座和主軸箱進行進給運動，直接影響加工精度。因此，研究滾珠絲杠的動態性能具有重要的意義。
1 、滾珠絲杠模型的建立
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型。將三維模型導入到 ANSYS Workbench 軟件中。設置滾珠絲杠泊松比為 0.3、材料密度為 7850kg/m3和彈性模量為 210000MPa。根據滾珠絲杠的實際工況，約束滾珠絲杠兩端的移動，對眼 X 軸方向不進行約束。利用軟件自帶的劃分網格軟件對滾珠絲杠進行自動網格劃分。
2 、滾珠絲杠的模態分析
模態分析可以幫助設計人員對滾珠絲杠的設計，從而避免產生共振 。滾珠絲杠的前六階模態的固有頻率會對動態特性分析其作用，通過軟件自帶的求解器求解前六階的固有頻率和振型。由于相鄰振型相同，這里只提取一階、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，絲杠在一階振型變表現為沿 Y 軸彎曲，三階振型滾珠絲杠在兩端都發生彎曲，五階振型滾珠絲杠發生三次彎曲變形。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裝 , 安裝方式如圖 4 所示。
圖 4 雙螺母滾珠絲杠
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有頻率均有所提高，絲杠的彎曲程度也比優化前絲杠的彎曲程度要小。經過改進，滾珠絲杠的一階固有頻率提高到46HZ，發現滾珠絲杠的動態性能得到很大的改善。
3 、結束語
通過對工作臺的優化，發現工作臺的動態性能得到了改善，為其他部件的優化和改進提供了可靠的數據支撐。
投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
