数控落地铣镗床主轴箱动力学分析与结构设计研究

摘要

在数控机床中，进给伺服系统是数控装置和机床的中间联接环节，是数控系统的重要组成部分。通常设计进给伺服系统时必须满足一定的使用要求，才能保证进给系统的定位精度和静态、动态性能，从而确保机床的加工精确度。现代数控机床朝着高速、高效率和高精度的方向发展，进给系统的设计要求也就越来越高，因此深入研究数控机床进给系统的结构和伺服系统的动静态特性，这对数控机床性能的提高具有重要的理论和工程应用价值。本论文主要研究内容和结果有： (1)系统介绍了数控机床进给机械部件和伺服驱动系统组成的基础上，分析了进给系统的一些运动特性；(2)针对滚珠丝杠传动的进给机构，深入研究了进给机构中的摩擦、刚度、反向间隙等因素对进给系统动态性能的影响，并提出了相应的改进措施；(3)研究了滚珠丝杠进给机构的运动特性，提出了一个动态模型；(4)运用PRO／E软件建立了滚珠丝杠、镗轴、立柱实体模型，并运用有限元分析软件ANSYS进行模态分析，得到了系统的固有频率和振型；(5)基于机械振动理论，建立了进给系统的数学模型并对其进行了动力学分析，为伺服系统的动、静态性能分析提供理论依据；(6)通过对TK6915进给系统模型的仿真研究，获得了反映系统性能的仿真曲线，研究和分析了机械参数和间隙、死区等非线性因素对系统精确度的影响，提出了相应改进性能的措施，通过分析进给系统动静态性能的变化，给出了各设计变量对动态特性的影响规律。 本文的研究结果为数控机床进给伺服系统的设计、参数的选择及性能的改进提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1数控机床的概述

1.2数控机床的发展概况

1.3本论文研究的主要内容、目的及意义

1.4系统建模软件及动力学分析软件介绍

1.5课题来源

第二章数控机床传动系统概述

2.1数控机床的组成及特点

2.2数控机床的分类

2.3进给机械传动装置

2.4数控机床的导轨

2.5数控机床的故障

2.6本章小结

第三章主轴箱的平衡控制

3.1主轴箱平衡概述

3.2控制系统设计

3.3本章小结

第四章主轴箱进给传动系统的结构分析

4.1 TK6915型数控落地镗铣床的简介

4.2滚珠丝杠和螺母副部分

4.2.1滚珠丝杠的传动误差

4.2.2滚珠在丝杠副的受力分析

4.3滚珠丝杠对滑枕的影响

4.3.1滚珠丝杠和滑枕的运动分析

4.3.2滚珠丝杠在进给系统中的受力分析

4.4实体模型进行ANSYS分析

4.4.1滚珠丝杠实体模型的ANSYS分析

4.4.2镗轴的ANSYS分析

4.4.3对立柱进行ANSYS分析

4.5本章小结

第五章主轴箱传动系统的动力学分析与仿真

5.1进给系统中的机械参数及其影响

5.2主轴箱中轴系的振动

5.2.1轴的横向振动

5.2.2主轴箱中轴的扭转振动

5.3轴系扭转振动

5.3.1建立主轴箱轴系的力学模型

5.3.2求解该四个矩阵

5.4数控落地铣镗床主轴箱进给传动系统的动力学分析

5.4.1建立进给伺服系统的动力学模型

5.4.2进给伺服系统的动力学分析

5.5本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文