机床产业是为国民经济各领域提供工作母机的基础装备产业,落地镗铣床作为高精度重型机床,在工业生产中发挥着不可忽视的作用。进给系统作为落地镗铣床的重要组成部分,对机床的定位精度与加工精度有着决定性的影响。目前国内对进给系统的研究大多是集中在单丝杠驱动进给系统,对双驱进给系统的研究也多是针对水平方向的进给系统,对竖直方向的双驱进给系统的研究相对较少。以FMXT-2000落地镗铣床的Y向双驱进给系统为研究对象,对其静动态特性进行了分析,提出了针对主轴箱系统的优化方案,供同类机床竖直方向双驱进给系统的设计与改进参考。(1)建立了 Y向双驱进给系统的刚度模型,利用Workbench软件对系统三维模型进行了静力学分析,验证了刚度模型的准确性。进给系统的静力变形主要受主轴箱系统的质量及刚度和滚珠丝杠副刚度影响,切削力的影响较小,并分析了丝杠直径与系统刚度的关系。对主轴箱处于不同位置时进给系统Y向的变形进行分析,其最大变形量为47.75μm,最小变形量为18.22μm,将变形量的变化规律作为数控补偿的依据。(2)对Y向双驱进给系统中各类型结合面进行了分析并建立了系统的动力学模型,利用Workbench软件对进给系统进行模态与谐响应特性分析,得到系统的前六阶模态,其一阶固有频率124.73 Hz明显高于激振频率100 Hz,说明双驱进给系统结构具有较好的稳定性。根据模态分析的振型,将丝杠直径增大10mm,前六阶固有频率平均增加了 11 Hz左右。根据谐响应分析结果,将系统阻尼比从0.05增大到0.1,三个方向的最大振幅分别减少了 39.54%、39.39%和41.06%,为提高机床进给系统动态特性的结构优化设计提供了理论基础。(3)通过赫兹点接触理论建立了双螺母预紧滚珠丝杠副的轴向接触刚度模型,得到Y轴滚珠丝杠副轴向接触变形及刚度的表达式。根据推导出的滚珠丝杠副轴向接触刚度方程,分析了部分结构参数及预紧力对刚度的影响,得出增大滚珠丝杠副的弹性模量、滚珠数以及适当增加预紧力能够有效提高双螺母预紧滚珠丝杠副的轴向接触刚度,并绘制出了相应的变化关系曲线。(4)测得数控补偿后的落地镗铣床Y轴的定位精度为8.33μm,验证了补偿的有效性,同时测得Y轴X方向的直线度为7.81μm,Z方向的直线度为4.22μm,且误差变化曲线与静力学分析中X和Z方向的变形相近。通过铣削实验对机床加工精度进行测量,测得工件Y向直线度最大偏差为5.32μm,四角孔Y向位置偏差最大为2.49μm,验证了切削力对系统的变形影响较小,且说明进给系统具有良好的动态性能。(5)提出了对主轴箱采用液压平衡装置的优化方案,并对选型所需相关参数进行了计算。对优化后的Y向双驱进给系统进行静力学分析,优化后进给系统的整体变形减少了 50.8%,X、Y、Z三个方向的变形分别减少了 38.4%、52.1%、23.1%,优化之后滚珠丝杠的变形为4.98μm,降低了 80.3%,即该优化方案对Y向双驱进给系统的静态特性有很大的改善。静动态特性分析结果表明系统的变形主要集中在主轴箱与滚珠丝杠,通过增大滚珠丝杠直径来提高滚珠丝杠副的刚度、添加主轴箱的液压平衡装置以及提高系统的阻尼能够有效改善Y向双驱进给系统的静动态性能,同时增大滚珠丝杠副的弹性模量、滚珠数以及适当增加预紧力可以有效提高双螺母预紧滚珠丝杠副的轴向接触刚度,为同类机床竖直方向双驱进给系统的设计和改进提供参考。