3D打印机床Y轴进给系统设计与分析

1.1 课题研究背景

相对于机械制造业常用的减材制造方法，增材制造(additive manufacturing,AM)方法从20世纪80年代起被人们所熟知并应用。虽然减材制造的工件表面质量较高，但材料利用率低、加工周期长、成本高。作为一种新兴的特种加工技术，增材制造通常能在一台设备上快速制造出任意形状的零件，且通过三维至二维的转化，能大大简化工件的加工成形工序，缩短加工周期，降低加工成本;而其应用也已覆盖至机械、汽车、能源、航空航天、生物医疗、食品及个人消费品等领域^[1]。因此，增材制造曾被西方媒体誉为”第三次工业革命”的新技术^[2]。

1.2 课题研究目的和意义

进给系统影响数控机床的精度。随着数字化设计技术的日益成熟，在建造进给系统物理样机之前，设计人员利用数字化设计方法建立数字化模型，模拟在真实工作条件下的仿真，获得系统各种特性，并根据仿真结果进行方案优化，直到最优，从而在保证产品的质量和性能下，缩短交货期，降低成本^[3]。

1.3 课题的研究现状

数控机床的设计非常复杂，不仅设计过程困难，涉及多个知识领域，而且还要保证设计的精确，保证设计理论与实际差别不大。国内外学者做了大量的研究。

国外对进给系统的研究：M.F.Zaeh^[4], Th.0ert1ii等人通过有限元法对滚珠丝杠副进行建模，并讨论了滚珠和丝杠之间结合面等效的建模方法^[5]; Schultschik对三轴锉床的空间误差分量进行向量表达方法分析^[6];Kakino等人建立进给系统模型，研究其动态特性 ^[7]；Leete等采用运动学模型的误差建模技术，并建立了三轴机床的误差模型^[8]。

国内对进给系统的研究：张广鹏对结合面动态研究其特性 ^[9]；史文浩和黄玉美分析机床进给系统，并且研究其动态特性，提出导轨面模型的建立方法 ^[10];王世军对导轨结合面进行建模并对其动态分析 ^[11]；赵万军模拟滚珠丝杠副、滚珠丝杠和滚动轴承之间的结合面特性，利用ANSYS软件对数控机床X向进给系统进行动静态特性分析，识别进给系统薄弱环节，为进给系统优化提供参考^[12]。

1.4 进给系统的关键部件