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    4.5  滚珠丝杠静力分析和模态分析 23

    4.6  本章小结 27

    结    论 28

    致    谢 29

    参考文献 30

    附录：

    图1  加工中心竖直进给系统装配图

    图2  立柱零件图

    图3  滚珠丝杠零件图

    图4  直线导轨零件图

    图5  滑枕零件图

    1  绪论

    加工中心（Machining Center，MC）是目前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床之一。它综合了微电子、计算机、信息、自动控制、精密测量、机床制造等方面的技术及相关配套的最新成就，增加了刀具自动交换装置和刀库，可以对一次装夹中的工件进行铣、镗、钻、扩、铰、攻螺纹、车螺纹、车内槽等工序的加工，构成了以工件为中心的多工序复合加工，成为了适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床[1]。

    进给系统设计是加工中心设计的核心内容之一，进给系统设计的优劣对于加工质量和精度有直接的影响。对竖直进给系统进行深入研究和设计，可提高加工中心的质量。研发高精度的加工中心竖直进给系统是振兴我国加工制造业、增强产品竞争力的必经之路[2]。

    1.1  课题研究的目的和意义

    事实证明，加工中心的加工性能与自身的结构特性有直接的关系。竖直进给系统的设计，必须使其满足加工精度和可靠性的要求，延长加工中心的使用寿命。加工中心竖直进给系统的静态和动态校核，已经成为当今世界范围内数控机床制造业研究的热点。加工中心的各个部件的选择和设计以及它们接触参数对精度性能有很大影响，必须对加工中心进行整体的动力学研究才能较为准确的获得加工中心的静态和动态性能。

    加工中心进给系统的静力学模型是对进给系统的静动特性进行分析的基础[3]。结合面静态基础特性研究已基本成熟，但是对研究成果在实际机械结构中的应用，特别是在复杂机械机构中的应用还不充分。虽然加工中心结合面动态基础特性的研究论文不少，但是很少有给出具体的特性参数数据的。所以，对加工中心竖直进给系统设计和静动校核的问题，还有很大的研究进步空间。

    加工中心的设计，主要是对各部件（滚珠丝杠、轴承、电机、导轨等）的选型，和对选型后的结果进行定位精度的校核问题。本课题的目的，就是综合运用专业知识和技能，设计、分析、计算和解决这一问题，基本方案是根据赫兹接触理论，建立滚珠丝杠副和轴承的轴向静力学模型，在此基础上建立滑动支承直线进给系统的静力学模型及有限元模型，并分析外载荷和自身结构参数对其刚度影响。源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/

    1.2  国内立式加工中心的发展现状

    1.3  本文的研究内容

    本文在参照一定数量的文献和设计经验的基础上，对一类型的立式加工中心的竖直进给系统进行了开发设计，不仅应用了实用的传统设计方法，还应用了现代的设计方法——有限元法对进给系统的主要零件进行了刚性分析，为机床结构的优化提供了理论支持。本文的主要研究内容如下：

    （1）对直线进给系统各个部件进行选型，即滚珠丝杠、轴承、伺服电机、导轨的选型，并进行校核计算。

    （2）利用Pro/E软件完成加工中心竖直单向直线进给系统零件设计以及装配图，并在此基础上进行三维几何建模，完成单向滚动支承竖直直线进给系统的三维实体模型。

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