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隨著加工中心不斷向高精度方向發(fā)展,對滾珠絲杠提出了更高的要求 [1]。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(chǎn)生共振,會直接影響加工工件的加工質(zhì)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(tài)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(tài)仿真無影響的倒角、孔等結(jié)構(gòu),建立滾珠絲杠的三維模型。將三維模型導(dǎo)入到 ANSYS Workbench 軟件中。設(shè)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(jù)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(wǎng)格軟件對滾珠絲杠進行自動網(wǎng)格劃分。
2 滾珠絲杠的模態(tài)分析
模態(tài)分析可以幫助設(shè)計人員對滾珠絲杠的設(shè)計,從而避免產(chǎn)生共振 [2]。滾珠絲杠的前六階模態(tài)的固有頻率會對動態(tài)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。
經(jīng)過模態(tài)分析發(fā)現(xiàn),絲杠在一階振型變表現(xiàn)為沿 Y 軸彎曲,三階振型滾珠絲杠在兩端都發(fā)生彎曲,五階振型滾珠絲杠發(fā)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(huán)節(jié) [3],在滾珠絲杠設(shè)計中采取雙螺母進行安裝 , 安裝方式如圖 4 所示。
通過對雙螺母滾珠絲杠進行模態(tài)分析發(fā)現(xiàn)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(yōu)化前絲杠的彎曲程度要小。經(jīng)過改進,滾珠絲杠的一階固有頻率提高到46HZ,發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠的動態(tài)性能得到很大的改善。
3 結(jié)束語
通過對工作臺的優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)工作臺的動態(tài)性能得到了改善,為其他部件的優(yōu)化和改進提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。
2024-11
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