张 华 袁军堂 汪振华

南京理工大学,南京,210094

0 引言

对于数控机床而言,滚动导轨是广泛应用的功能部件。由于滚动结合面为线接触或点接触,刚度相对较弱,往往是数控机床整体结构的薄弱环节,从而影响数控机床的加工精度。为了准确获取滚动导轨结合面动态特性参数,国内外学者进行了相关探索与研究[1-5]。本文建立了识别滚动导轨结合面动态特性参数的测量模型,该测量模型将安装有滚动导轨的机构简化为单自由度系统并消除了基础位移对参数识别的影响。基于测量模型研制了滚动导轨结合面动态特性参数测量装置,并针对施耐博格MRC45型导轨进行了实验,获得了其法向和侧向动态刚度及阻尼数据。

1 滚动导轨结合面动态特性建模

一般情况下,滚动导轨安装在基座(如机床床身)上,而运动部件(如工作台)连接在滑块上。滑块和导轨之间通过滚动体(如滚珠、滚柱)连接,它们之间为点接触或线接触,而导轨与基座以及运动部件与滑块之间都为螺栓连接,刚度远大于导轨—滚动体—滑块之间滚动接触面的接触刚度。因此,通过合理设计,增大基础和运动部件的刚度,在一定的振动频率范围内可以将基础部件和运动部件视为刚性体。这样就可将运动部件及滑块看成质量块,滚动结合面看作弹性及阻尼元件,从而可得到如图1所示振动系统。

图1 力学模型

对于图1a所示系统,当质量块m受到外界简谐激振力f(t)作用时,系统受力情况如图1b所示,其振动方程可以表示为