【技术实现步骤摘要】
基于数控机床进给系统动态特性的滚珠直线导轨装配平行度的确定方法
本专利技术涉及机床装备设计与制造
，具体涉及一种基于数控机床进给系统动态特性的滚珠直线导轨装配平行度的确定方法。
技术介绍
数控机床作为制造业的工作母机，在航空航天、汽车、船舶等制造领域得到了广泛的应用，而滚珠直线导轨进给系统又是数控机床的关键功能部件，其动态特性的好坏最终会影响零件的加工质量。在导轨跨距和滑块间距结构尺寸一定的情况下，直线导轨的装配工艺，比如导轨的直线度、导轨之间的平行度等，直接影响着机床工作台之间的相对位姿以及动结合部的接触状态，改变了动结合部的接触刚度，进而改变了数控机床的动态特性，最终影响零件的加工精度。针对滚珠直线导轨进给系统导轨平行度的确定问题，设计与装配大都是根据工程经验来确定，这就会导致不同人对导轨平行度装配会有区别，导致系统的模态频率分布也不相同，最终会影响零件的加工质量。因此，针对上述问题，需要量化不同导轨平行度下进给系统的模态频率分布，为主轴转速、切削参数选择、振源频率选择以及系统控制参数选择提供理论依据，最终实现零件的高精高效加工。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于了提供一种基于数控机床进给系统动态特性的滚珠直线导轨装配平行度的确定方法，在数控机床进给系统的设计、装配阶段实现导轨平行度的主动设计与装配，使其避开振源频率，最终为实现高精高效切削参数提供理论依据。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：一种基于数控机床进...
【技术保护点】
1.一种基于数控机床进给系统动态特性的滚珠直线导轨装配平行度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，利用CAD软件通过建立的CAD模型获取进给系统工作台的质心位置，确定含有工作台质心位置坐标系的进给系统结构简示图以及两导轨间跨距、两滑块间间距的结构尺寸关系；/n步骤2，根据两导轨平行度误差大小以及滚珠导轨副的截面结构示意图，定量给出导轨滑块副每列滚珠额外变形量与两导轨平行度误差的变化关系表达式；/n步骤3，根据导轨滑块副每列滚珠的额外变形量的数值随两导轨平行度误差的变化关系表达式，结合滚珠滑块副的初始预紧力边界条件，根据变形协调边界条件和弹性赫兹接触理论，得到各滚珠的接触变形量与接触力之间的关系表达式，再进一步对各滚珠的接触变形量与接触力之间的关系表达式进行求导，得出两导轨误差影响下各滚珠接触刚度；/n步骤4，根据滚珠的力与变形之间的关系，推导出各滚珠的接触刚度与其等效法向、切向刚度，再结合两导轨平行度误差下各滚珠的接触刚度，进一步求得两导轨平行度误差下导轨滑块副的等效法向刚度、等效切向刚度；/n步骤5，根据含有工作台质心位置坐标系的进给系统结构简示图以及结构尺寸关系，将动结...
【技术特征摘要】
1.一种基于数控机床进给系统动态特性的滚珠直线导轨装配平行度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用CAD软件通过建立的CAD模型获取进给系统工作台的质心位置，确定含有工作台质心位置坐标系的进给系统结构简示图以及两导轨间跨距、两滑块间间距的结构尺寸关系；
步骤2，根据两导轨平行度误差大小以及滚珠导轨副的截面结构示意图，定量给出导轨滑块副每列滚珠额外变形量与两导轨平行度误差的变化关系表达式；
步骤3，根据导轨滑块副每列滚珠的额外变形量的数值随两导轨平行度误差的变化关系表达式，结合滚珠滑块副的初始预紧力边界条件，根据变形协调边界条件和弹性赫兹接触理论，得到各滚珠的接触变形量与接触力之间的关系表达式，再进一步对各滚珠的接触变形量与接触力之间的关系表达式进行求导，得出两导轨误差影响下各滚珠接触刚度；
步骤4，根据滚珠的力与变形之间的关系，推导出各滚珠的接触刚度与其等效法向、切向刚度，再结合两导轨平行度误差下各滚珠的接触刚度，进一步求得两导轨平行度误差下导轨滑块副的等效法向刚度、等效切向刚度；
步骤5，根据含有工作台质心位置坐标系的进给系统结构简示图以及结构尺寸关系，将动结合部等效为弹簧阻尼单元，将滚珠丝杠等效为n节点2n自由度的梁单元，将工作台等效为集中质量单元，采用混合单元法对进给系统进行动力学模型等效，得到等效动力学模型；
步骤6，根据等效动力学模型和达朗贝尔原理以及结构尺寸关系，建立进给系统的变系数动力学方程，求解进给系统的模态频率分布规律；根据模态频率分布规律得到数控机床进给系统两导轨平行度误差的数值。
2.根据权利要求1所述的一种基于数控机床进给系统动态特性的滚珠直线导轨装配平行度的确定方法，其特征在于：所述的步骤1中以工作台的移动方向为X轴，以垂直工作台的方向为Y轴、Z轴，且符合右手法则，建立工作台质心位置坐标系。
3.根据权利要求1所述的一种基于数控机床进给系统动态特性的滚珠直线导轨装配平行度的确定方法，其特征在于：所述的结构尺寸关系包括两导轨之间的跨距l1，同一导轨上两滑块之间的间距l2，质心点位置沿X向与导轨滑块副形心之间距离l3，质心点位置沿Y向与导轨滑块副形心之间距离l4。
4.根据权利要求1所述的一种基于数控机床进给系统动态特性的滚珠直线导轨装配平行度的确定方法，其特征在于：所述的步骤2的具体方法为：假设两导轨平行度误差数值为2δe，因此单个导轨滑块副有一个沿Y方向的强制性偏移量δe，此时受压侧滚珠的额外接触变形量数值由公式(1)求得：
式中：
αsc为滚珠接触角，
δe为单个导轨滑块副沿Y方向的强制性偏移量，
δeip为受压侧滚珠的额外接触变形量；
此时减压侧滚珠的额外接触变形量数值由公式(2)求得：
式中：
δini为导轨滑块副滚珠的初始接触变形量，
δeir为减压侧滚珠的额外接触变形量。
5.根据权利要求4所述的一种基于数控机床进给系统动态特性的滚珠直线导轨装配平行度的确定方法，其特征在于，所述的步骤3的具体方法为：根据步骤2的导轨滑块副额外接触变形量，再基于弹性赫兹接触理论和变形协调条件，得出两导轨平行度误差影响下的导轨滑块副增压侧接触力与接触变形的关系，即公式(3)，以及减压侧接触力与接触变形的关系，即公式(4)：
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【专利技术属性】
技术研发人员：张会杰，赵万华，杜超，刘辉，吕盾，张俊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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