滚珠丝杠循环系统动力学仿真

基于MATLAB的滚珠丝杠动力学建模与仿真分析

文章以定梁龙门加工中心工作台的滚珠丝杠为研究对象，建立了滚珠丝杠运动的动力学模型;运用MATLAB 软件对工作台的进给系统进行动力学仿真分析，得到了反映滚珠丝杠动力学特性的仿真曲线，为提高滚珠丝杠的传动精度和延长使用寿命提供一些理论依据。

1 引言在数控机床中滚珠丝杠作为进给机构的传动部件，具有高效率、高精度、低摩擦和可逆性的特点，滚珠丝杠的运动特性将代表数控机床进给机构的运动特性。

因为滚珠丝杠副具有传动和定位在同一个零件上实现，并且可以把旋转的角位移转化成线位移等特点，所以它的应用十分广泛:如在航空机械、数控机床、精密仪器和仪表，以及各种精密机械设备中，滚珠丝杠转动副是确定线性位移精度的最关键部件之一。

但由于滚珠丝杠在实际中经常是细长且支撑跨度较大，因而传动刚度低，在一定程度上极大的影响了数控机床的性能及工件的加工精度图;加之精密光栅尺、磁尺和感应同步器等先进精密检测元器件的广泛应用以及自动检测技术的发展，滚珠丝杠副的设计制造及其性能也需相应的提高。

目前滚珠丝杠的高速化和高定位精度是其发展的趋势，同时不可避免的又面临新的问题:如滚珠丝杠高速回转温度的升高和热位移的增大、滚珠循环系统的强度问题、噪声与振动、定位精度变化问题和预压力变化等。

为了提高数控机床及精密机械的定位精度和传动精度，除了正确设计、选择进给系统的各个部件，精确计算其强度、稳定性和驱动力矩外，还要，对精密滚珠丝杠副在承受载荷下的刚度进行验算，以确保其安全、可靠、稳定工作。

因此对滚珠丝杠的特性研究，将有利于数控机床精度和加工精度的提高，也可以改善滚珠丝杠的寿命。

2 建立滚珠丝杠的动力学模型2.1 工作台各部件的连接及运动关系如图1所示的工作台传动系统的结构简图，伺服电机8通过电机支座7固定在床身的一端，滚珠丝杠4通过两个丝杠支座固定在床身上，丝杠螺母固定在工作台的低面上。

伺服电机8通过同步带6和齿轮5驱动滚珠丝杠4旋转运动，工作台3通过滚珠丝杠与螺母副4的旋转来直线往复运动，实现工件在x轴方向的直线运动。

大导程滚珠丝杠进给系统动力学建模研究_张文凯

4
结论
（ 1 ）针对典型的数控机床进给系统，进行动力
学模型等效。（ 2 ）借助于赫兹接触理论分析了动结合部的刚
图8 系统的加速度振动响应
度，如：丝杠螺母副、轴承副、导轨滑块副；且在考虑丝杠导程影响的情况下计算了丝杠的拉压刚度；最建立了动力学方程。后根据等效动力学模型，（ 3 ）利用模态测试软件进行了实验验证，并与仿真分析进行了对比分析，验证了所建动力学模型的可行性。
C 为对称阻尼矩阵， K 为对称为对角质量矩阵，度， m、 C、 K 阵如下：刚度矩阵， mx M = cx C = kx K = my mz Jx Jy ； Jz ； c θz 。 k θz
＇
槡
2 Cε f Cy Cx
0. 636 0
（ 3）（ 4）
y x
k = 1. 033 9
( )
(C C ) C ε = 1. 000 3 + 0. 596 8 ( ) C
f = 1. 527 7 + 0. 603 2ln
x y
（ 5）（ 6）（ 7）（ 8）
图3
单滚珠导轨滑块副结构受力示意图
机床动态性能的影响，并进行了实例分析。蒋书分析了带滚珠丝杠副的直线导轨结合
［8 ］
部动态刚度特性，最后也进行了实例分析。毛宽李斌、谢波等民、对导轨滑块副的动结合部采用
2013 年 5 月 15 日收到第一作者简介：张文凯（ 1984 —），男，河南许昌人，许继德理施尔电气有限公司工程师，硕士研究生。研究方向：高档数控机床进给系 mail： zhangwenkai@ xjgc． com。统动力学。E-

基于ADAMS的滚珠丝杠副动力学建模与仿真

基于ADAMS的滚珠丝杠副动力学建模与仿真
李晓;王科社;郝大贤;查初亮
【期刊名称】《机床与液压》
【年(卷),期】2015(43)13
【摘要】运用三维建模软件Pro/E建立了滚珠丝杠副系统的零件装配模型,并通过ADAMS对建立的滚珠丝杠副仿真系统进行动力学仿真分析,绘制出滚珠间的碰撞力曲线图和滚珠线速度与自旋速度的变化数据表.结果表明:滚珠之间的碰撞在滚道内要比在反向过程内剧烈,且滚珠的自旋速度变化比滚珠线速度变化强度大.同时,验证了滚珠在滚道内的自旋速度和线速度变化确实比在反向过程中剧烈.仿真结果证实了所建仿真模型的有效性,为改善滚珠丝杠副性能,提高流畅性提供了技术支持.【总页数】3页(P142-144)
【作者】李晓;王科社;郝大贤;查初亮
【作者单位】北京信息科技大学,北京100192;北京信息科技大学,北京100192;北京信息科技大学,北京100192;北京机床研究所,北京100102
【正文语种】中文
【中图分类】TH113
【相关文献】
1.基于ADAMS的铰接式自卸车刚柔耦合动力学建模与仿真分析 [J], 姜勇;顾洪枢;张文明
2.基于ADAMS的皮卡板簧动力学建模方法及性能仿真 [J], 孔德琨
3.基于ADAMS的滚珠丝杠副滚珠循环系统的动态仿真 [J], 战晓明;汤文成;汪爱清
4.基于ADAMS的顶置武器站发射动力学建模与仿真 [J], 邓威;毛保全;杨振军;胡涛
5.基于ADAMS的自动机动力学建模与仿真 [J], 李杰仁;马吉胜;陈明;郑海起因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于ADAMS的滚珠丝杠副滚珠循环系统的动态仿真

基于ADAMS的滚珠丝杠副滚珠循环系统的动态仿真
战晓明;汤文成;汪爱清
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2010(039)002
【摘要】研究滚珠丝杠副的滚珠循环系统的回珠曲线的理论模型,并在Pro/E中建立反向器的三维模型.使用接口软件向ADAMS中输入丝杠的装配模型.根据赫兹接触理论和冲击函数模型,在多体动态软件ADAMS建立动态仿真模型,得出滚球在运转过程中进出反向器的能量、冲击力的变化情况,为回珠曲线的优化提供指导性依据.
【总页数】5页(P110-113,119)
【作者】战晓明;汤文成;汪爱清
【作者单位】东南大学,机械工程学院,江苏,南京,211189;东南大学,机械工程学院,江苏,南京,211189;南京工艺装备制造有限公司,江苏,南京,210004
【正文语种】中文
【中图分类】TH133;TP391.9
【相关文献】
1.滚珠丝杠副滚珠循环系统的动力学研究和仿真 [J], 姜洪奎;宋现春
2.滚珠丝杠副滚珠循环系统的热机耦合分析 [J], 赵萍;李登新
3.基于ADAMS滚珠丝杠副动力学的分析与研究 [J], 王晓晓
4.基于ADAMS的滚珠丝杠副动力学建模与仿真 [J], 李晓;王科社;郝大贤;查初亮
5.基于滚珠过盈量的滚珠丝杠副预紧力计算模型 [J], 陈斌斌; 冯虎田; 周长光; 欧屹
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

滚珠丝杠副返向器磨损的动力学仿真分析研究

滚珠丝杠副返向器磨损的动力学仿真分析研究宋现春;姜洪奎;李彦凤;杜伟;荣伯松【摘要】滚珠丝杠副返向器磨损的动力学的仿真研究可为滚珠丝杠副返向器设计、安装以及故障诊断提供理论依据。

文章应用多体动力学软件ADAMS建立了滚珠丝杠副的动力学仿真模型，分析了返向器磨损所造成的动力学性能变差的原因，以内循环滚珠丝杠副为例，通过分析返向器回珠曲线的几何特性，建立了滚珠在返向器中的速度方向变化模型，对滚珠出、入口处两种不同磨损位置的返向器进行了动力学性能对比分析。

结果表明：返向器的磨损会造成滚珠速度方向的突变，致使楔紧效应增大，滚珠在通过磨损点时，会造成周期性的振动特性和接触力、接触时间的增大；回珠曲线在连接点处的曲率的减小，可提高返向器在入口处和出口处的耐磨损性能，降低滚珠的冲击和摩擦损失。

%By using ADAMS,the paper establishes the ball screw dynamics simulation model and analyzes the reverse device abrasion wear effect on the flexibility of ball screw.With inner circulation ball screw as the object of the research,through the analysis of geometric properties of reverse curve, it establishes the modelof ball angle direction change in reverse device,and discusses the may worn position of reverse device caused by ball impact,and gets the dynamic analysis results for different worn position reverse-device.The results show that the ball running direction changes greatly when it runs through the worn position of reverse-device,and that the optimal solution can not only decrease the contact-impact force between balls and a returner but also make the recirculation of ball-chain smoother.The studyprovides a theoretical basis for the diagnosis and online mornitor of ball screw wear.【期刊名称】《山东建筑大学学报》【年(卷),期】2016(031)006【总页数】5页(P571-575)【关键词】滚珠丝杠;返向器磨损;回珠曲线;动力学仿真;ADAMS【作者】宋现春;姜洪奎;李彦凤;杜伟;荣伯松【作者单位】山东建筑大学机电工程学院，山东济南250101;山东建筑大学机电工程学院，山东济南250101;山东建筑大学机电工程学院，山东济南250101;山东博特精工股份公司，山东济宁272071;山东博特精工股份公司，山东济宁272071【正文语种】中文【中图分类】O313.4精密滚珠丝杠副是数控机床的关键功能部件，随着高速切削的发展，对滚珠丝杠副的动力学性能越来越高［1］。

滚珠丝杠参数驱动模型及仿真

滚珠丝杠参数驱动模型及仿真滚珠丝杠是一种常用的转动运动与直线运动之间的转换装置。

它由滚珠、螺杆和螺母三部分组成。

滚珠丝杠通过滚珠在螺杆和螺母之间滚动来实现转动运动与直线运动之间的转换。

滚珠丝杠广泛应用于机床、机械手、印刷机、纺织机械等领域。

滚珠丝杠的参数对其驱动性能有着重要的影响。

主要参数包括螺纹螺距、滚珠直径、滚道半径、滚道角度等。

其中螺纹螺距是指螺纹每转一周时螺杆前进的距离，它决定了丝杠的传动速度。

滚珠直径决定了丝杠的承载能力，滚道半径和滚道角度决定了丝杠的摩擦特性。

滚珠丝杠的驱动模型可以分为力学模型和动力学模型两种。

力学模型主要考虑丝杠的几何结构和力学性质，动力学模型则考虑力学模型的基础上加入动力学效应。

力学模型的基本原理是利用切向力和法向力之间的关系推导滚珠丝杠的运动学和动力学方程。

对于滚珠丝杠的运动学方程，根据滚珠在螺纹沟槽中的运动轨迹，可以利用滚珠直径和滚道半径等参数计算出滚珠丝杠的位移、速度和加速度。

对于滚珠丝杠的动力学方程，需要考虑滚珠与滚道之间的滑动摩擦力和滚珠间的接触力等因素。

通过对滚珠丝杠的模型进行求解，可以得到滚珠丝杠的运动状态和力学性能。

仿真是研究滚珠丝杠性能的重要工具。

通过建立滚珠丝杠的仿真模型，可以模拟滚珠丝杠在各种工况下的运动和力学行为。

仿真可以用来分析滚珠丝杠的稳定性、刚度和响应时间等性能指标，为优化滚珠丝杠设计和控制提供参考。

滚珠丝杠的仿真可以采用多种方法，包括有限元分析、多体动力学模拟和系统动力学建模等。

有限元分析是一种基于数值计算的方法，可以对滚珠丝杠的结构和力学性能进行详细的分析。

多体动力学模拟是一种基于物理模型的方法，可以模拟滚珠丝杠系统的运动和力学行为。

系统动力学建模是一种基于系统理论的方法，可以对滚珠丝杠系统的动态行为进行建模和分析。

在滚珠丝杠的仿真分析中，需要考虑多个因素的影响，包括滚珠丝杠的结构参数、负载条件、工作速度和摩擦系数等。

通过对这些因素进行参数分析和优化，可以得到滚珠丝杠的最佳设计和控制策略。

反向式行星滚柱丝杠机构运动原理及仿真分析_党金良

r
s
2
c
nn s 0
(17) (18) (19)
L2 n n s
由式(3)和(17)得
nn k
由于滚柱和丝杠之间无相对位移，因此， L2 即为螺母转动一周后丝杠的直线位移。则螺母转动任意角度时，丝杠的直线位移为 t Ls n n n s 2 两边对时间 t 求导得，丝杠的直线移动速度为
2
n d n
4

c d c
2
，因此 (1) (2)
母 1、滚柱 2 和丝杠 3 等零件组成。
1 螺母 2 滚柱 3 丝杠 4 保持架 5 卡紧环
c
dn ( d 2d r ) ( k 2) n s n n 2d c 2( d s d r ) 2( k 1)
k
Motion Principle and Simulation Analysis of Inverted Planetary Roller Screw Mechanism
DANG Jin-liang, LIU Geng, MA Shang-jun, TONG Rui-ting, LUO Hao (School of Mechanical Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China)
ds dr
记螺母转动一周后，滚柱公转 c 角，绕自身轴线自转 r ，由于纯滚动状态下，滚柱自转转过的弧长与在丝杠上
图1 反向式行星滚柱丝杠机构结构图
滚过的弧长相等[7]，即
r dr
2

c d s
2
, 因此 (3)
螺母、滚柱和丝杠的螺距相等，螺母带有多头螺纹牙，牙型为三角形，牙型角为 90°；丝杠外螺纹与螺母的内螺纹具有相同的头数和牙型；滚柱为单头螺纹，螺纹牙侧面设计成圆弧状，使得滚柱与螺母及丝杠的接触为点接触[5]。为了消除螺母螺旋升角对滚柱产生的倾斜力矩，在滚柱与丝杠两端均加工有直齿，且外啮合齿轮副的传动节圆直径分别与滚柱传动节圆直径 d r 、丝杠传动节圆直径 d s 相同，以确保滚柱轴线平行于丝杠轴线而正常滚动，并且为纯滚动[4]。多个滚柱安装在保持架 4 内，沿圆周方向等距分布。轴端部的保持架通过卡紧环 5 沿轴线方向被锁定在丝杠内部。

基于Matlab的滚珠丝杠副仿真分析

SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯基于Matlab 的滚珠丝杠副仿真分析赵晓丽(山东工艺美术学院山东济南250300)摘要：随着虚拟仿真技术的发展，Matlab 在各领域得到了广泛应用，集多功能为一体的Matlab 通过建立数学模型进行仿真分析能够得到理论数据，再通过科学实验得到实验数据，将理论数据和实验数据进行比较可知，Matlab 能准确地针对不同情形进行仿真，进而达到节约实验成本的目的。

该文以Matlab 在滚珠丝杠副中的应用为主线，重点研究Matlab 在滚珠丝杠副中的动力学建模与仿真分析，以期为滚珠丝杠副领域的发展提供理论依据。

关键词：滚珠丝杠副Matlab 建模仿真中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1672-3791(2022)08(a)-0083-03Simulation Analysis of Ball Screws Unit Based on MatlabZHAO Xiaoli(Shandong University of Art &Design,Jinan,Shandong Province,250300China)Abstract:With the development of virtual simulation technology,Matlab has been widely used in various fields.Matlab,which integrates multiple functions,can obtain theoretical data by establishing mathematical models for simulation analysis,and then obtaining experimental data through scientific experiments.The comparison shows that Matlab can accurately simulate different situations,so as to achieve the goal of saving experimental costs.This article takes the application of Matlab in the ball screw unit as the main line,and focuses on the dynamic modeling and simulation analysis of Matlab in the ball screw unit,in order to provide a theoretical basis for the development of the field of ball screw unit.Key Words:Ball screw unit;Matlab;Modeling;Simulation1前言1.1滚珠丝杠副的发展历程1874年，美国设计出一种螺旋压力机是以滚珠丝杠副传动的。

滚珠丝杠参数驱动模型及仿真

非笔试课程考核报告
（以论文或调研报告等形式考核用）
2013 至2014 学年第 2 学期
考核课程：有限元分析
提交日期：2014 年 6 月 3 日
报告题目：滚珠丝杠的参数化建模及有限元分析Array
姓名XXXXXX
学号XXXXX
年级13级
专业机械电子工程
所在学院机电工程
山东建筑大学研究生处制
图2
图4 设计模型、丝杠约束情况及载荷计算
图5丝杠图
丝杠的支承方式分为一端固定，一端自由、一端固定，一端游动、两端支承、两端固定四种，根据实际情况确定支承方式。

选取丝杠支承方式为两端固定，轴向载荷为12.8KN 时分析其应力分布。

首先将
图 6 丝杠网格划分图
图7 螺母运行到丝杠左端时丝杠应力分布
图9 螺母运行到丝杠右端时丝杠应力分布图
可知，当螺母运动到丝杠中间位置时，丝杠的弯曲变形最小，且丝杠各部分所受应力为最小。

当螺母运行到丝杠两端时，丝杠各部分的应力和弯曲变形都增大了数倍。

其中当螺母运行到丝杠右端时丝杠的变形程度和应力值达到最大，丝杠的弯曲变
图10滚珠有效圈数为 3 时丝杠应力分布图
10 可知，虽然增加有效滚珠承载数可降低滚珠上的应力，但却增大
丝杠上的应力。

丝杠应力极值增大了5.84%，同时丝杠中达到应力极值的部分也明显增加，倍，而且丝杠的弯曲变形程度也增大了。

点蚀故障滚珠丝杠副动力学建模与分析_张亚

立滚珠丝杠副直角坐标系，如图 1 所示．
（ 1）
式中， γ 为螺旋升角； d0 为丝杠公称直径； s 为一圈滚道的长度； d b 为滚珠直径．因为丝杠转动时，螺母仅做直线运动，滚珠与螺母接触点即为滚珠运动的瞬心，忽略滚珠的滑动，根据滚珠与丝杠的运动关系，得到滚珠绕丝杆转动的绝对转速为
332
东南大学学报（自然科学版）
第 42 卷
碰撞接触的力学模型，并数值模拟分析了碰撞角度、结构参数和材料参数等因素对碰撞力的影响． 78］文献［研究了滚珠丝杠副的接触变形，分析了相关参数对轴向变形量和滚珠丝杠副传动性能的并给出滚珠丝杠副传动性能优化方法．相关影响，研究主要集中于正常滚珠丝杠副动力学行为，对故障滚珠丝杠副动力学行为的研究很少涉及．本文基于单螺母滚珠丝杠副弹性变形理论，建立丝杠滚道存在单一点蚀缺陷的滚珠丝杠副振动模型，对由于滚珠通过点蚀缺陷而引起的周期性强迫振动进行仿真分析，并实验验证了所建模型及仿真结果的有效性．
第 42 卷增刊（ II） 2012 年 11 月
东南大学学报（
自然科学版）
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY （ Natural Science Edition）
பைடு நூலகம்
Vol． 42 Sup（ II） Nov． 2012
doi： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2012． S2． 020
为方便研究进行以下假设：时的振动情况， 1 ）运动中，由于丝杠螺母受到摩擦力、加工作用力等轴向作用力的影响，螺母滚道、滚动体和丝杠滚道之间产生接触变形，由于钢球质量很小，钢球两端和丝杠滚道及螺母滚道所引起的弹性变形，等效为 2 个弹簧的串联． 2 ）滚动体和滚珠丝杠滚道及螺母滚道的接触符合 Hertz 接触理论，并假设滚珠和滚道之间一直处于弹性压缩变形状态，忽略轴向间隙对振动的影响． 3 ）轴向力平均分配给每个滚珠． 4 ）本文主要考虑丝杠滚道单一点蚀故障对滚珠丝杠副的振动影响，故在建立振动模型时，暂不考虑滚珠冲击返向器所产生的振动． 2． 2 滚珠丝杠副坐标系建立 Y 轴建以丝杠中心轴为 Z 轴，与之垂直的 X ，

滚珠丝杠进给系统的动力学仿真

0. 046 8( kg ∀ m2)
( 13)
从产品样本查到, 电动机的转子惯量 Jm 为 0. 102 kg∀m2。
由( 3) 式得:
1#
J1 Jm
=
0. 458 8 #
1
虚拟试验是对虚拟样机进行仿真试验去研究一个设计中的系统。虚拟试验( 仿真) 实质上是利用开发的数字模型( 即虚拟样机) , 顺次解算出系统在各个离散时间上的状态数据。数据是随时间变化的, 当仿真步长足够小、仿真时钟不断向前推进时, 通过对虚拟样机各个运动学、动力学参数和性能解算和存储, 在可视化技术的支持下, 系统的工作过程便以虚拟样机动画过程动态地反映出来[ 2] 。虚拟试验的核心和基础就是对虚拟样机正确的运动学和动力学解算。
N∀m。
4 虚拟仿真
3 空载加速转矩计算
当执行件从静止以阶跃指令加速到最大移动
速度( 快速移动) 时空载加速转矩 T a 不允许超过伺服电机的最大输入转矩 T max, 即
T a = 260ntamJr ( N ∀ m)
( 11)
式中
nm ! 快速移动时的电机转速( r/ min) ;
ta ! 加速、减速时间( s) , 按 ta % 3/ K s, 取 150
虚拟样机模型建成之后, 仍处于孤立状态, 要想模型处于运动状态, 还必须给模型施加相应载荷、运动约束副和添加驱动, 具体步骤如下:
齿形皮带轮减速时, 折算到电机轴上的惯量, 用下式计算[ 1] :
J=
J 0(
z z
1) 2
2
( 7)
( 5) 进给负载惯量计算
根据前述公式, 折算到电机轴上的负载惯量

高速滚珠丝杠副气液二元冷却系统设计与仿真-中国机械工程

· 96 ·
以环境温度 20曟、导热系数 51.83 W/ (m·曟)、滚珠丝杠进给速度 50m/min、中空丝杠冷却油流量 0灡313m3/h 作为温度场仿真条件。将中空滚珠丝杠与冷却油的对流载荷施加在丝杠内孔及冷却油入口的所有内表面节点上,对流载荷为恒定值;将丝杠螺母副与空气的对流载荷施加在滚珠丝杠的所有外表面节点上,对流载荷也为恒定值。通过加载求解,得到中空滚珠丝杠副冷却油强制冷却时的温度场,与基于科恩达效应的中空丝杠气液二元冷却(中空丝杠强制冷却和螺母表面气体冷却相结合的冷却方式)时的温度场,利用 ANSYS软件进行仿真分析。图3和图4分别为两种不同冷却方式下滚珠丝杠副的温度场。
采用基于科恩达效应[8]的冷却装置 ,其具体结构及工作原理如图2所示。空气发生器内部安装有风机,风机驱动叶轮旋转,将周围环境中的空气通过进气孔导入气腔,并通过进气口进入空气发生器的环形气腔,在环形气腔内聚集,经排气细缝沿科恩达表面流出喷气嘴,喷向丝杠螺母副摩擦表
图 6暋空气冷却时的滚珠丝杠热变形
4暋热变形仿真分析
4.1暋不同冷却方式下的热变形分析与分析滚珠丝杠系统温度场的方法相似,当工
作环境以及各边界条件不变时,将得到的温度作为热载荷加载到滚珠丝杠进给系统的有限元模型上, 对滚珠丝杠副进行热变形仿真分析[9]。
由图5、图6及图7的热变形结果可以看出,无论采用冷却油强制冷却、螺母表面空气冷却,还是滚珠丝杠副气液二元冷却,丝杠的最大热变形量都发生在螺母与丝杠频繁摩擦的位置,两端轴承座处的热变形量稍小,最小热变形量发生在远离驱动电机端的丝杠轴端。而且,不同冷却方式下的最大热变形量各不相同,采用冷却油强制冷却时的最大热变形量为 20灡596毺m,采用螺母表面空气冷却时的最大热变形量为 17灡346毺m,采用中空丝杠气液二元冷却时的最大热变形量为15灡495毺m。

滚珠丝杠副的三维建模及仿真要点

滚珠丝杠副的三维建模及仿真1 滚珠丝杠副的结构滚珠丝杠副由滚珠、丝杠和螺母组成，其结构如图1所示图1 滚珠丝杠副的结构2 滚珠丝杠的建模在这里我建立模型只是为了更方便看清楚滚珠与丝杠和螺母之间的关系，并不能直接用这个建模后的模型仿真，但这个建模在一定程度上也为后来的仿真做了一些准备工作。

2.1 螺母的建模启动pro/e软件，在文件菜单下设置工作目录，选择方便使用的文件夹作为工作目录。

设置工作目录是为了方便存取文件，以后新建文件系统也会自动指向这个文件夹。

选择【文件】——【新建】，在“类型”里选择“零件”，在“子类型”中选择“实体”，在“名称”里输入“螺母”，不适用缺省模板，选择mmns-part-solid 模板，这种符合国家标准，单击“确定”随后进入pro/e零件建模模块。

选择【拉伸】进入实体操作状态按住右键选择“定义内部草绘”进入草绘状态后，绘制直径110mm、厚度15mm的螺母的凸缘造型，再【拉伸】以相同草绘平面绘制直径71mm、厚度65mm拉伸方向与上一步相同的螺母体的造型。

如图2所示图2 螺母体的造型在此选择【拉伸】命令，按住右键选择“移除材料”，接着定义内部草绘，草绘平面选择“使用先前的”进入草绘后在螺母体的一侧面绘制直径为49.5mm 的同心圆草图，在信息栏中选择改变拉伸方向，然后选择穿透；然后确定应用，完成通孔的造型；最后选择【插入】——【螺旋扫描切口】，完成螺母螺纹孔的造型。

在应用拉伸移除材料绘制螺母凸缘上一个阶梯孔的造型，用阵列命令完成六个空的造型。

为了方便观察用拉伸移除材料将螺母四分之一切掉，形成半刨视图。

螺母的三维建模完成，如图3所示特别指出这里切除四分之一的螺母只是为了后面建模成滚珠丝杠后能清楚的看清里面的结构。

图3 螺母的三维建模2.2 丝杠的建模启动pro/e软件然后按照与螺母建模相同的操作方法进行pro/e零件建模。

首先选择【插入】——【拉伸】，完成直径为49.5mm的丝杠圆柱的造型，再选择【插入】——【螺旋扫描切口】完成丝杠螺纹的造型，如图4所示。

测量机滚珠丝杠Z轴伺服系统的动力学建模及补偿

测量机滚珠丝杠Z轴伺服系统的动力学建模及补偿向红标;裘祖荣;李醒飞;谭文斌;张晨阳【摘要】A dynamic model was built on the basis of mechanical structure and the control system of Z-axis servo system of θFXZ-type coordinate measuring machine. Then the disturbing force model was built by force analysis.Finally, through the PID parameters' adaptive adjustment and feed-forward compensation for disturbing force, the error compensation of the system was carried out. The experimental results show that the following error after compensation is four times less than that before compensation, and the static error of the system after compensation decreases from 2.0 μm to 0.4 μm. In a word, the servo system dynamic model and disturbing force model can intuitively and effectively describe the movement characteristics of Z-axis system. Furthermore, the compensation method can improve the following error of the system and the positioning accuracy.%在对θFXZ型测量机Z轴伺服系统的机械结构和控制系统进行分析的基础上,建立了伺服系统的动力学模型.根据受力分析,对系统的干扰力进行建模.利用对PID参数的自适应调节和干扰力的前馈补偿,实现对系统的误差补偿.实验结果表明,补偿后的跟踪误差约为补偿前的1/4,系统静差也由原来的2μm 减小到0.4μm以内.该伺服系统的动力学建模和干扰力建模能直观、有效地描述Z 轴系统的运动特性,补偿方案能很好地改善系统的动态跟踪误差和控制定位精度.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2011(044)004【总页数】6页(P291-296)【关键词】伺服系统模型;干扰力模型;跟踪误差;静差【作者】向红标;裘祖荣;李醒飞;谭文斌;张晨阳【作者单位】天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072;天津商业大学机械工程学院,天津,300134【正文语种】中文【中图分类】TP273伺服系统作为坐标测量机(coordinate measuring machine，CMM)的重要功能部件，其动静态特性是影响坐标测量机性能和精度的重要指标之一.而伺服系统的性能与很多因素有关，如机械传动方式、系统机械刚度和负载、检测元件的精度、系统各项控制参数、非线性摩擦力以及外部干扰等.因此，建立伺服系统的动力学模型有助于更深入地研究伺服系统的特性，并通过各种补偿方法使其发挥出最佳性能.θFXZ型[1]坐标测量机，由于滑架重量较轻，为使结构设计简单化，未在 Z轴设置重力平衡系统[2]，所以Z轴电机在驱动滑架进行上下运动时，不仅受到非线性摩擦力[3-4]的影响，同时还受到滑架重力的影响，这 2种干扰力均会影响到 Z轴伺服系统的动静态性能.为此，本文针对θFXZ型坐标测量机的 Z轴运动系统，建立了伺服系统的动力学模型和干扰力模型，基于这些模型设计了控制系统的误差补偿方案，并通过实验验证了该补偿方案的有效性.θFXZ型坐标测量机的基本结构见图 1，包括底座、立柱、滑架、转台和接触测头.实际工作中，转台带动工件转动，立柱作X向移动，滑架沿立柱作Z向移动，实现测头对工件的测量.一般伺服系统由机械传动部分和控制部分组成，而伺服系统整体性能的好坏不仅与两部分各自的性能有关，更是由两部分的协调性决定，所以在设计高性能的伺服系统时，必须考虑这两部分之间的内在关系，建立准确、可靠的数学模型[5].控制系统由工业控制计算机(industrial personal computer，IPC)、PMAC 运动控制器、交流伺服电机、光栅尺(分辨率为0.2,µm)以及接口电路组成，它以PMAC控制器为核心实现对伺服系统的控制，还具有对运动信号的采样处理、误差计算、误差补偿等功能.实验平台采用全闭环控制，图2为伺服系统的结构框图，位置环、速度环、电流环 3环控制如图所示，PMAC采用PID+速度/加速度前馈对位置环进行控制，交流伺服驱动器采用PI调节器对速度环进行控制.如图 3所示，电机通过联轴节驱动滚珠丝杠旋转，再由滚珠丝杠螺母副带动滑架沿直线导轨运动，将旋转运动转换为直线运动.可将滑架及侧头支架部分简化为质量为Mg的工作台.伺服系统的机械特性如刚度、惯量等对系统的优化设计有着重要的影响，需考虑这些因素来建立伺服系统的模型.通常伺服系统把电机和负载作为一个刚体即单质量伺服系统考虑，它与实际特性有一定的差别，实际系统中，在电机驱动力矩的作用下，机械传动部分会受到一定程度的变形，特别是加速度要求大、快速性和精度要求高的系统，弹性变形对系统的影响不能忽略.根据对该机械结构的计算分析，由滚珠丝杠扭转变形对滑架直线位移的影响，相对柔性联轴节的扭转变形和滚珠丝杠的轴向拉压变形对滑架直线位移的影响可忽略不计，设柔性联轴节扭转刚度为K1，滚珠丝杠的综合轴向传动刚度为K2.该测量机立柱伺服系统结构如图3所示.考虑结构受到的总摩擦力为Ff，包含有电机和滚珠丝杠传动摩擦力和导轨的摩擦力，可得动力学方程[6-7]为式中：JM、JA和 JL分别为电机转子、联轴节和滚珠丝杠的转动惯量；Mg为滑架的质量；θM、θA分别为电机和联轴节的转角；Mθ˙、Aθ˙为与之相应的转角加速度；z、z˙为滑架Z向位移量和加速度；T和TM分别为电机的驱动转矩和通过联轴节传递给丝杠的主动力矩；Fd和 Ff分别为电机对滚珠丝杠的轴向驱动力和滑架受到的总摩擦力；Ks为旋转角度和位移的换算系数；L0为丝杠导程；η为滚珠丝杠效率.由以上动力学方程得出基于 PMAC运动控制器的 Z轴伺服系统的数学模型，如图4所示.图中，Zc为指令位移量，Zt为实际位移量，vi为指令速度，vz为实际速度.三环伺服控制系统中，电流环可以等效为一阶惯性环节，1/K′为惯性环节的时间常数，Km为电机扭矩常数；Ti和 Kv分别为速度环的积分控制常数和比例，Kw为速度环反馈系数；PMAC为位置环提供了 PID+速度/加速度前馈的控制环算法，Kp、Ki、Kd分别为比例、积分、微分增益，Kvff和 Kaff分别为速度和加速度前馈增益.在高精度高性能的伺服系统中，由于非线性摩擦力的存在，对系统的动静态性能产生了很大影响.Stribeck摩擦模型[8]是一种常用的能够反映摩擦非线性特性的摩擦模型，表述为式中：Fs为最大静摩擦力；Fc为库仑摩擦力；B为黏性摩擦系数；vs为临界速度；δ为经验参数，本文中δ取2[9].在稳态时，摩擦力与速度的对应关系为Stribeck曲线，如图5所示.由于实际模型参数还与运动方向有关，所以向上向下2个方向对应着不同的摩擦参数，当v＞0时，模型参数为、、B+；当 v＜0时，模型参数为、、B-.把重力和摩擦力的合力称为干扰力Fi，即得出干扰力模型为Stribeck摩擦模型参数辨识[10]的方法是根据稳态下摩擦力与速度的关系曲线，拟合零速附近阶段点的切线和高速阶段点的直线，低速切线与纵轴交点值为最大静摩擦力Fs，高速直线与纵轴交点值为库仑摩擦力 Fc，其斜率为黏性摩擦系数 B，低速直线与 F＝Fc直线交点的横坐标值即为临界速度 vs.而 Z轴干扰力模型辨识与Stribeck辨识方法基本一致.由式(5)可知，当滑架作匀速直线运动(即z˙＝0)时，则有式中：Fi为干扰力；Fd为驱动力.因此，通过测得多组稳态时速度 v与驱动力 Fd的数值，可得干扰力与速度的对应关系，如图6所示.其中，驱动力Fd的数值在每组匀速运动中有很小的波动，对其进行了平均值处理.图 6中左侧纵坐标为电机驱动力与速度曲线的纵坐标，右侧纵坐标为 Stribeck曲线的纵坐标，可以看出电机驱动力与速度曲线相当于是 Stribeck曲线向上平移了 Mg个单位.通过上述参数估计方法，可得本实验系统的干扰力模型参数如表1所示.测量机Z轴结构不仅受到摩擦力的影响，还受到滑架自身重力影响，所以电机驱动滑架向上和向下运动时负载区别很大.考虑这些因素，需要先针对运动方向和运动速度设定相应的 PID参数，然后再对 Z轴干扰力进行前馈补偿.运动控制器 PMAC配套软件 PEWIN具有强大的数据采集功能，利用该软件可实现对系统指令、实际运动信息(包括位置、速度和加速度信息)以及位置跟踪误差的采集，得到相关的数据曲线.当系统采用普通的 PID控制执行一次上下往返运动时，通过 PEWIN采集相关的运动信息，可得到速度和跟踪误差的曲线如图7和图8所示.该运动的期望参数为：速度 2,mm/s，加速时间 100,ms，位移2,mm.可以看出，向上和向下运动在速度过零点时，跟踪误差波形会发生畸变，出现尖峰现象，其主要原因是由于Z轴受到干扰力的影响.高精度高性能的伺服控制系统必须具有良好的刚性和快速的响应速度，但由于负载和速度的变化，很大程度上影响了系统的精度和性能，这就要求系统的PID参数具有一定的自适应调节能力，经调试本文分别针对 2个方向在不同速度范围设定了合适的PID参数，使控制性能和系统刚性达到最佳，同时对干扰力进行前馈补偿，2个方面有效地减小了系统的跟踪误差和静差.本系统的补偿实验是通过 PMAC控制器嵌入PLC程序实现的，其流程如图9所示，PLC程序以极高的采样速率监视系统运动速度方向和大小，从而判断采用何种PID 参数，并根据速度的大小和方向实时计算出干扰力大小，并将其值赋给前馈补偿变量，从而实现对 Z轴误差的补偿.干扰力的前馈补偿模型如图 10所示.图中，Gm(z)为机械部分的传递函数，Gv(z)为速度环的 PI控制器，Gp(z)为位置环的 PID控制器，Gf(z)为干扰力前馈补偿函数.针对上述期望运动，首先分别根据速度选择向上和向下运动的最佳 PID参数，并通过 PLC程序对PID和干扰力变量参数进行赋值，从而实现前馈补偿.由于速度和加速度的设定对系统的响应性能影响较大，该补偿实验对系统的动态误差和静差均有明显改善，本文以低速和高速2种运动程序为例来说明其补偿效果.(1)运动控制程序 1：以速度±2,mm/s，加速时间100,ms，位移 2,mm 为运动参数，其补偿前后误差曲线如图11所示.由图 11可知，补偿后的动态跟踪误差明显小于未补偿段的跟踪误差，最大跟踪误差值由10,µm 减小到2,µm，约为未补偿的 1/4.系统的静差也由原来的2,µm 减小到0.4,µm.(2)运动控制程序 2：以速度±100,mm/s，加速时间 50,ms，位移 20,mm 为运动参数，得到补偿前后误差曲线如图 12所示.可以看出，补偿实验也有效地减小了系统的跟踪误差和静差，最大跟踪误差值由110,μm 减小到40,μm，静差由原来的2,μm 减小到0.4,μm，系统性能得到很大程度的改善，但在加速和减速时补偿段还有一定的尖峰出现，这主要是因为传动环节在加减速过程中，受到较大的控制力矩，会导致传动环节有一定程度的弹性变形，此时只有采用对滚珠丝杠和导轨加压的方式来提高系统的机械刚性，或采取其他如直线电机传动的机械传动方式，才能进一步减小系统的跟踪误差.本文针对θFXZ型测量机Z轴运动系统，建立了伺服系统的动力学模型和干扰力模型，采用 PLC程序实现对 PID参数的自适应调节和干扰力的前馈补偿，有效地降低了伺服系统的跟踪误差和静差.补偿后的系统静差由原来的2,µm减小到0.4,µm 以内，跟踪误差也约为补偿前的 1/4.对该系统的动力学建模和干扰力建模能直观、有效地反映Z轴系统的运动特性，补偿方案能很好地改善系统的动态跟踪误差和控制定位精度，适用于未在Z轴设计平衡系统的装置.【相关文献】［1］张国雄. 三坐标测量机[M]. 天津：天津大学出版社，1999.Zhang Guoxiong. Coordinate Measuring Machines[M].Tianjin：Tianjin University Press，1999(in Chinese).［2］Dein Shaw，Ou Guanyin. Reducing X，Y and Z axes movement of a 5-axis AC type milling machine by changing the location of the work-piece computer-aideddesign[J].CAD Computer Aided Design，2008，40(10)：1033-1039.［3］Israelachvili J. Intermolecular and Surface Forces [M].New York：Academic，2005. ［4］Rabinowicz E. Friction and Wear of Materials[M]. New York：Wiley，2005.［5］祁若龙.开放式数控伺服模型及位置控制技术的研究[D]. 大连：大连理工大学机械工程学院，2008.Qi Ruolong. Research on Open CNC Servo System Model and Position Control Technology [D]. Dalian：School of Mechanical Engineering，Dalian University of Technology，2008(in Chinese).［6］Xiang Hongbiao，Qiu Zurong，Li Xingfei. Simulation and experimental research of non-linear friction compensation for high-precision ball screw drive system[C]// Proceedings of 9th International Conference on Electronic Measurement and Instruments.Beijing，China，2009：3604-3609.［7］Itoh K，Iwasaki M，Matsui N. Robust fast and precise positioning of ball screw-driven table system on machine stand[C]//8th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control. 2004：511-515.［8］Stribeck R. Die wesentlichen eigenschaften der gleit-und rollenlager：The key qualities of sliding and roller bearings[J]. Zeitschrift des Vereins Deutscher In-genieure，1902，46(38/39)：1342-1348，1432-1438.［9］张从鹏，刘强. 直线电机定位平台的摩擦建模与补偿[J]. 北京航空航天大学学报，2008，34(1)：47-50.Zhang Congpeng，Liu Qiang. Friction modeling and compensation of positioning stage driven by linear motors[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics，2008，34(1)：47-50(in Chinese).。

滚珠丝杠副的三维建模及仿真要点

滚珠丝杠副的三维建模及仿真1 滚珠丝杠副的结构滚珠丝杠副由滚珠、丝杠和螺母组成，其结构如图1所示图1 滚珠丝杠副的结构2 滚珠丝杠的建模在这里我建立模型只是为了更方便看清楚滚珠与丝杠和螺母之间的关系，并不能直接用这个建模后的模型仿真，但这个建模在一定程度上也为后来的仿真做了一些准备工作。

2.1 螺母的建模启动pro/e软件，在文件菜单下设置工作目录，选择方便使用的文件夹作为工作目录。

设置工作目录是为了方便存取文件，以后新建文件系统也会自动指向这个文件夹。

选择【文件】——【新建】，在“类型”里选择“零件”，在“子类型”中选择“实体”，在“名称”里输入“螺母”，不适用缺省模板，选择mmns-part-solid 模板，这种符合国家标准，单击“确定”随后进入pro/e零件建模模块。

选择【拉伸】进入实体操作状态按住右键选择“定义内部草绘”进入草绘状态后，绘制直径110mm、厚度15mm的螺母的凸缘造型，再【拉伸】以相同草绘平面绘制直径71mm、厚度65mm拉伸方向与上一步相同的螺母体的造型。

如图2所示图2 螺母体的造型在此选择【拉伸】命令，按住右键选择“移除材料”，接着定义内部草绘，草绘平面选择“使用先前的”进入草绘后在螺母体的一侧面绘制直径为49.5mm 的同心圆草图，在信息栏中选择改变拉伸方向，然后选择穿透；然后确定应用，完成通孔的造型；最后选择【插入】——【螺旋扫描切口】，完成螺母螺纹孔的造型。

在应用拉伸移除材料绘制螺母凸缘上一个阶梯孔的造型，用阵列命令完成六个空的造型。

为了方便观察用拉伸移除材料将螺母四分之一切掉，形成半刨视图。

螺母的三维建模完成，如图3所示特别指出这里切除四分之一的螺母只是为了后面建模成滚珠丝杠后能清楚的看清里面的结构。

图3 螺母的三维建模2.2 丝杠的建模启动pro/e软件然后按照与螺母建模相同的操作方法进行pro/e零件建模。

首先选择【插入】——【拉伸】，完成直径为49.5mm的丝杠圆柱的造型，再选择【插入】——【螺旋扫描切口】完成丝杠螺纹的造型，如图4所示。

基于ADAMS的滚珠丝杠副动力学建模与仿真

统进行动力学仿真分析，绘制出滚珠间的碰撞力曲线图和滚珠线速度与自旋速度的变化数据表。结果表明：滚珠之间的碰撞在滚道内要比在反向过程内剧烈，且滚珠的自旋速度变化比滚珠线速度变化强度大。同时，验证了滚珠在滚道内的自旋速度和线速度变化确实比在反向过程中剧烈。仿真结果证实了所建仿真模型的有效性，为改善滚珠丝杠副性能，提高流畅性提供了技术支持。
ｃｈａｎｇｅｓｉｎｌｉｎｅｓｐｅｅｄ．Ａｔｔｈｅｓａｎｌｅｔｉｍｅ，ｉｔｐｒｏｖｅｓｔｈａｔｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｓｐｉｎｓｐｅｅｄｎｄａｔｈｅｌｉｎｅａｒｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｂａｌｌｉｎｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｔｒａｃｋｉｓｍｏｒｅｓｅｖｅｒｅｔｈａｎｈａｔｔｉｎｔｈｅｒｅｖｅｒｓｅｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｃｏｎｉｆｒｍｔｈｅｖｌｉａｄｉｔｙｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｅｅｈ — ｎｉｃｌａｓｕｐｐｏｒｔｂｏｔｈｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｒｐｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｂａｌｌｓｃｒｅｗａｎｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｌｆｕｅｎｃｙ．

基于有限元的双滚珠丝杠同步驱动轴动力学建模与分析

图 & 中，将丝杠、联轴器、电动机轴从丝杠轴向自由段开始适当划分为若干个杆元，依次记为单元 ’ 到单元 ! ( & ，并将各部件的支承点和联结点取为单元结点。取其中一扭转、轴向振动分离的长度为 ! 的第 " 个杆元进行分析，如图 $ 。该杆元两端结点的轴向位移分别为 " （、，角位移分别 #（、， "" )（ #" ) （ " #） & #） " #） & #）取广义坐标：（，（，，］ $ " $［ " # " " %（ # " %（ " #） " #） & #） & #）
・# !" ・
台质量、 ! " 为工作台质量（含零件质量）， ! # 为组合体质量。以已研制出的双滚珠丝杠同步驱动的高速滑台（图 $）为例分析，该结构在同步驱动机床中具有一定的代表性。$ 轴滑台通过两同步的滚珠丝杠驱动，控制过程中两台电动机的位置环相互独立，位置反馈分别从各电动机旋转编码器获得（对等的半闭环方式）。其无阻尼结构图如图 " 所示，由于结构上 % 轴工作台由 $ 轴滑台承载，当 % 工作台在整个运动范围内移动时，机床的滑台惯量将重新分布；加上同步驱动的两丝杠间存在结构耦合，这会导致一台电动机的力对另一台电动机在驱动点产生一个位移，而产生轴间不同步现象。在图 " 的两自由度系统中，$ 轴滑台的 & ’， & ’， %、 & 直线运动，可等价为负载沿组合质心作 & # 的直线运动和绕组合质心作 ! 的旋转运动。假设滑台和工作台的质量在矩形范围内均匀分布，( ) 和 ( * 分别为滑台和工作台绕各自质心的运动惯量。则 " # 与 " * 间关系为 !" !" "# + + " !& , !" !# * 组合体相对其质心的运动惯量 ( # 为

滚珠丝杠进给系统动态特性集中质量建模与仿真

滚珠丝杠进给系统动态特性集中质量建模与仿真罗亮;张为民;周敏剑;Jürgen Fleischer【摘要】为了研究高速滚珠丝杠进给系统的动态特性,提出一种改进的集中质量建模方法,该方法考虑了滚珠丝杠进给系统基座的质量、柔性及进给系统部件间反向间隙对系统动态特性的影响,并完善了滚珠丝杠进给系统集中质量模型等效参数的计算方法.以MAG某加工中心X轴滚珠丝杠进给系统为实验对象,对该集中质量模型建模方法进行实验验证,仿真结果与实测结果具有相同数量的特征频率,且特征频率的误差在5％以内.滚珠丝杠进给系统的仿真分析表明,螺母位置改变引起的进给系统固有频率变化将影响伺服系统的稳定性,滚珠丝杠进给系统中的反向间隙会激励部件产生高频振动,给进给系统带来不利影响.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2015(046)012【总页数】8页(P370-377)【关键词】滚珠丝杠;进给系统;动态特性;反向间隙;集中质量【作者】罗亮;张为民;周敏剑;Jürgen Fleischer【作者单位】同济大学机械与能源工程学院,上海201804;同济大学机械与能源工程学院,上海201804;同济大学中德学院,上海201804;同济大学中德学院,上海201804;同济大学中德先进制造技术中心,上海201804;卡尔斯鲁厄理工大学生产技术研究所,卡尔斯鲁厄76131,德国【正文语种】中文【中图分类】TH113.1现代加工制造业要求进给系统具有更高的速度与定位精度，以使数控机床具有更高性能。

进给系统传动部件具有一定的质量与柔性，在高速、高加速度进给过程中，由于外部激励或者由于进给系统的自激振荡致使传动部件产生强烈振动，不但严重影响了机床的定位精度和表面加工质量，同时也大幅降低了机床的使用寿命，甚至对机床造成严重的损坏[1-5]。

因此，研究进给系统的动态响应特性，对提高机床加工质量及效率具有十分重要的意义。

由于滚珠丝杠进给系统的高效率、高传动精度、在切削过程中对负载变化的低敏感度以及高寿命等特性，使滚珠丝杠成为数控机床进给系统的主要传动方式。