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立式加工中心滚珠丝杠优化设计

2019-5-16 来源：江苏牧力数控科技有限公司作者：王宏来

摘　要：滚珠丝杠是立式加工中心进给系统的关键传动部件，它的精度与性能直接影响立式加工中心的性能。由于滚珠丝杠在外力的作用下容易产生变形、振动等特点，以立式加工中心的滚珠丝杠为研究对象，应用有限元软件对滚珠丝杠进行模态分析，为结构优化提供依据。

关键词：立式加工；滚珠丝杠；三维建模

随着加工中心不断向高精度方向发展，对滚珠丝杠提出了更高的要求。滚珠丝杠的激振频率接近滚珠丝杠的共振频率，滚珠丝杠会产生共振，会直接影响加工工件的加工质量。由于滚珠丝杠直接带动工作台、滑座和主轴箱进行进给运动，直接影响加工精度。因此，研究滚珠丝杠的动态性能具有重要的意义。

1 、滚珠丝杠模型的建立

本文以立式加工中心使用的 EBA2005-3 型滚珠丝杠，运用 Solid Works 三维建模软件建立滚珠丝杠的模型，忽略对滚珠丝杠模态仿真无影响的倒角、孔等结构，建立滚珠丝杠的三维模型。将三维模型导入到 ANSYS Workbench 软件中。设置滚珠丝杠泊松比为 0.3、材料密度为 7850kg/m3和弹性模量为 210000MPa。根据滚珠丝杠的实际工况，约束滚珠丝杠两端的移动，对眼 X 轴方向不进行约束。利用软件自带的划分网格软件对滚珠丝杠进行自动网格划分。

2 、滚珠丝杠的模态分析

模态分析可以帮助设计人员对滚珠丝杠的设计，从而避免产生共振。滚珠丝杠的前六阶模态的固有频率会对动态特性分析其作用，通过软件自带的求解器求解前六阶的固有频率和振型。由于相邻振型相同，这里只提取一阶、三阶和五阶的振型，一阶振型如图 1 所示，三阶振型如图 2 所示，五阶振型如图 3 所示。