数控机床传动系统建模与分析

黄露郎，查初亮

（1.北京信息科技大学 机电工程学院，北京 100192；2.北京机床研究所，北京 100102）

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21世纪的今天，按照新型工业化的道路，数控机床正在向高精度、高速度、高可靠性方向发展，高速、超精密加工已成为现代加工技术的重要发展方向。滚珠丝杠自1874年被发明到今天，已经有100多年的历史，数控机床及各种机电一体化装备的高速化不断地推动精密高速滚珠丝杠副的发展。目前，丝杠传动系统仍有问题需要解决。机床进给系统在启动、停止和加减速时，丝杠会受到瞬时冲击，使机床传动系统很难快速进入稳定状态。这种情况在高速、重载数控机床上尤为常见。而对于紧密高速机床，传动系统的微小振动会极大地影响紧密、超紧密机床的加工精度。因此，有必要对机床传动系统的动态特性进行研究。这对提高高速精密机床高速运动特性、保证机床快速响应特性，使机床传动系统具有较高的动态刚度和较高的定位精度具有重要意义。

对于机械工程中的传动轴、丝杠等细长旋转机械部件，一般都可以当作旋转梁来研究。国内外不乏对丝杠传动系统动力学的研究。R.Katz[1]通过运用模态分析和积分变换等多种方法综合分析了梁的响应，并对各参数改变对梁特性的影响情况做出了总结； H.P.LEE[2]对受轴向力和动载荷情况下的梁的动态响应做了推导和求解；C.C.Cheng[3]对有滑动质量块的梁的动态特性进行了分析，建立了动力学模型，并对其动态响应方程结果进行了分析，但没有提出提高滚珠丝杠副性能的具体意见。……