双丝杠驱动直线进给系统误差分析和补偿

发布时间：2017-08-14 15:36

  本文关键词：双丝杠驱动直线进给系统误差分析和补偿

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【摘要】：双丝杠驱动进给系统作为数控机床的关键组成部分,由于其具有提高系统刚度、抑制系统振动以及提升系统响应等优势,越来越多的应用于实际生产当中。本文以双丝杠驱动进给系统为研究对象,分析了双丝杠驱动不同步误差产生的机理,通过仿真手段,研究了主要因素对不同步误差的影响规律,并且从导轨跨距和施加拉伸力等方面对不同步误差进行补偿,通过试验,验证了仿真分析的正确性。首先,基于系统动力学分析建立了双丝杠驱动不同步误差的等效模型,通过MATLAB/Simulink仿真发现很多因素能够导致不同步误差,主要影响因素有零部件之间的结合面刚度、滚珠丝杠的导程误差、切削力以及热变形,为分析不同步误差确定了研究方向。其次,基于ANSYS和Adams建立了双丝杠驱动的仿真模型,分别分析四个主要因素对不同步误差的具体影响规律,通过有限元仿真分析了结合面刚度和热变形与不同步误差的变化关系,使用机构动力学仿真分析了导程误差和切削力对不同步误差的影响规律。再次,从误差补偿的角度出发,进而实现减少不同步误差的目的,并以MCH63试验台为研究对象,提出了不同步误差的补偿措施,基于ANSYS和Adams仿真分析补偿方案的合理性。最后,设计试验方案验证仿真分析的正确性。使用Renishaw激光干涉仪测得MCH63试验台在不同转速下不同步误差的变化情况,同时将试验结果与有限元分析结果对比。有限元仿真和试验的增幅差值在13.83%以内,并呈现波动减少的趋势,说明有限元建模和分析的可靠性。
【关键词】：数控机床 进给系统 双丝杠驱动 不同步误差
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-14
• 1.1 研究目的和意义7-8
• 1.2 课题背景和来源8
• 1.3 国内外研究概况8-13
• 1.3.1 双丝杠驱动进给系统研究概况8-9
• 1.3.2 双丝杠驱动不同步误差研究概况9-13
• 1.4 主要研究内容和章节安排13-14
• 2 直线进给系统双丝杠驱动不同步误差建模分析14-26
• 2.1 不同步误差等效模型的建立14-18
• 2.1.1 进给系统的电气系统14-15
• 2.1.2 进给系统的机械系统15-18
• 2.2 几何/运动误差引起不同步误差的机理18-19
• 2.2.1 结合面刚度引起不同步误差的机理18
• 2.2.2 导程误差引起不同步误差的机理18-19
• 2.3 切削力对不同步误差的影响19-23
• 2.3.1 切削力引起不同步误差的机理19-22
• 2.3.2 切削力引起不同步误差理论数值分析22-23
• 2.4 热变形引起不同步误差的机理23-24
• 2.5 本章小结24-26
• 3 直线进给系统双丝杠驱动不同步误差仿真分析26-39
• 3.1 几何/运动误差对不同步误差的影响26-32
• 3.1.1 结合面刚度对不同步误差的影响26-29
• 3.1.2 导程误差对不同步误差的影响29-32
• 3.2 切削力对不同步误差的影响32-34
• 3.3 热变形对不同步误差的影响34-37
• 3.3.1 稳态温度场34-36
• 3.3.2 瞬态温度场36-37
• 3.3.3 热-结构耦合分析37
• 3.4 本章小结37-39
• 4 直线进给系统双丝杠驱动不同步误差补偿39-50
• 4.1 直线进给系统双丝杠驱动不同步误差的前期补偿39-45
• 4.1.1 结合面刚度引起的不同步误差39-40
• 4.1.2 导程误差引起的不同步误差40-41
• 4.1.3 切削力引起的不同步误差41-42
• 4.1.4 热变形引起的不同步误差42-45
• 4.2 直线进给系统双丝杠驱动不同步误差的后期补偿45-49
• 4.2.1 结合面刚度引起的不同步误差45-46
• 4.2.2 导程误差引起的不同步误差46
• 4.2.3 切削力引起的不同步误差46-48
• 4.2.4 热变形引起的不同步误差48-49
• 4.3 本章小结49-50
• 5 直线进给系统双丝杠驱动不同步误差试验验证50-61
• 5.1 测试装置介绍50-52
• 5.1.1 测量仪器的选择50
• 5.1.2 测试系统的连接50-51
• 5.1.3 误差的测试51-52
• 5.2 进给系统参数测量52-57
• 5.2.1 定位精度和重复定位精度的测量52-54
• 5.2.2 进给系统热变形的测量54-56
• 5.2.3 直线进给系统双丝杠驱动不同步误差的测量56-57
• 5.3 试验热变形与有限元分析热变形对比57-60
• 5.4 本章小结60-61
• 6 总结与展望61-63
• 6.1 本文总结61-62
• 6.2 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 附录69

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