中空滾珠絲杠進給系統(tǒng)綜合性能建模仿真研究.pdf

1、速度和精度一直是數(shù)控機床行業(yè)不斷追求并不斷更新記錄的兩個重要參數(shù)。隨著高速加工越來越普及，機床中傳動部件的發(fā)熱問題也越來越凸顯出來，并成為制約精度提高的主要影響因素。為了對進給系統(tǒng)進行強制冷卻，各生產(chǎn)廠家逐漸使用中空絲杠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實心絲杠，并向中空孔中通入冷卻介質(zhì)來達到強制冷卻的目的。對于此類新型進給系統(tǒng)，國內(nèi)外的各方面研究還比較匱乏。同時，機床進給系統(tǒng)涉及了機械、熱、控制等多個系統(tǒng)相互耦合，因此本文以中空滾珠絲杠進給系統(tǒng)為對象，對其綜

2、合性能進行必要的建模仿真研究，為中空絲杠進給系統(tǒng)的設計提供指導性建議。具體內(nèi)容為：
　　首先，針對進給系統(tǒng)的機械特性方面，基于Hertz接觸建立了進給系統(tǒng)中絲杠螺母副、支承軸承副的軸向接觸剛度數(shù)學計算模型，分析了軸向載荷、轉(zhuǎn)速等因素對可動結(jié)合部軸向變形的影響。同時通過有限元分析手段，分析計算了絲杠螺母副的軸向變形及不同開孔規(guī)格的中空絲杠的拉、彎曲、扭轉(zhuǎn)剛度及前六階模態(tài)。
　　其次，對于中空絲杠進給系統(tǒng)的熱態(tài)特性，基于傳熱學理

3、論詳細給出了各個熱源及各表面對流散熱系數(shù)的計算方法，并在有限元軟件ANSYS中對不同轉(zhuǎn)速下、不同開孔大小、不同強制冷卻系數(shù)下的進給系統(tǒng)進行了熱力耦合分析，計算其溫度場分布及絲杠軸向熱變形。通過仿真對比給出中空絲杠的較優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)及冷卻液流量流速。
　　再次，在進給系統(tǒng)伺服控制方面，針對傳統(tǒng)三環(huán) PID控制參數(shù)不易整定的老問題，本文采用了將模糊控制理論與傳統(tǒng) PID控制相結(jié)合的方法，設計了一款自適應模糊 PID控制器加入到速度環(huán)中。通