隨著加工中心不斷向高精度方向發(fā)展，對(duì)滾珠絲杠提出了更高的要求 [1]。滾珠絲杠的激振頻率接近滾珠絲杠的共振頻率，滾珠絲杠會(huì)產(chǎn)生共振，會(huì)直接影響加工工件的加工質(zhì)量。由于滾珠絲杠直接帶動(dòng)工作臺(tái)、滑座和主軸箱進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， 直接影響加工精度。因此，研究滾珠絲杠的動(dòng)態(tài)性能具有重要的意義。

1 滾珠絲杠模型的建立

本文以立式加工中心使用的 EBA2005-3 型滾珠絲杠，運(yùn)用 Solid Works 三維建模軟件建立滾珠絲杠的模型，忽略對(duì)滾珠絲杠模態(tài)仿真無影響的倒角、孔等結(jié)構(gòu)，建立滾珠絲杠的三維模型。將三維模型導(dǎo)入到 ANSYS Workbench 軟件中。設(shè)置滾珠絲杠泊松比為 0.3、材料密度為 7850kg/m3 和彈性模量為 210000MPa。根據(jù)滾珠絲杠的實(shí)際工況，約束滾珠絲杠兩端的移動(dòng)，對(duì)眼 X 軸方向不進(jìn)行約束。利用軟件自帶的劃分網(wǎng)格軟件對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格劃分。

2 滾珠絲杠的模態(tài)分析

模態(tài)分析可以幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)滾珠絲杠的設(shè)計(jì)，從而避免產(chǎn)生共振 [2]。滾珠絲杠的前六階模態(tài)的固有頻率會(huì)對(duì)動(dòng)態(tài)特性分析其作用，通過軟件自帶的求解器求解前六階的固有頻率和振型。由于相鄰振型相同，這里只提取一階、三階和五階的振型，一階振型如圖 1 所示，三階振型如圖 2 所示，

五階振型如圖 3 所示。

經(jīng)過模態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，絲杠在一階振型變表現(xiàn)為沿 Y 軸彎曲，三階振型滾珠絲杠在兩端都發(fā)生彎曲，五階振型滾珠絲杠發(fā)生三次彎曲變形。滾珠絲杠的中間部位變形大為振動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié) [3]，在滾珠絲杠設(shè)計(jì)中采取雙螺母進(jìn)行安裝 , 安裝方式如圖 4 所示。

圖 1 一階絲杠振型圖 圖 2 三階絲杠振型圖

圖 3 五階絲杠振型圖

圖 4 雙螺母滾珠絲杠

通過對(duì)雙螺母滾珠絲杠進(jìn)行模態(tài)分析發(fā)現(xiàn)絲杠的前六階固有頻率均有所提高，絲杠的彎曲程度也比優(yōu)化前絲杠的彎曲程度要小。經(jīng)過改進(jìn)，滾珠絲杠的一階固有頻率提高到46HZ，發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠的動(dòng)態(tài)性能得到很大的改善。