高精度机床关键结合面刚度及其退化对机床精度及其保持性影响研究
发布时间：2021-09-29 23:52
随着科技的进步,数控机床的精度要求越来越高,仅考虑机床中几何误差对数控机床的影响已经不能满足高精度机床的精度分析要求,机床中的受力变形误差以及热变形误差等也逐渐成为高精度机床精度分析的重要内容。数控机床作为制造业的“工作母机”,包含多个功能部件。部件间的联接特性,即结合面接触特性十分复杂,往往具有非线性刚度特性。而高精度机床中关键结合面的刚度又对机床的精度及精度保持性有着重要影响。因此,针对高精度机床关键结合面刚度的建模及其退化特性研究对于机床的综合精度建模及分析有着重要的理论价值与现实意义。本文以建立综合几何误差以及结合面受力变形误差的高精度机床精度模型为目的,重点研究了数控机床中关键结合面,即固定结合面和滚动结合面的接触特性,建立了相应的结合面刚度模型,并用于数控机床精度的综合建模与分析。同时,针对固定结合面在蠕变下的刚度衰退进行了研究,建立了固定结合面的刚度衰退综合模型,分析了固定结合面的蠕变对机床精度保持性的影响。本课题开展中作出了以下创新性研究:（1）以高精度机床中关键滚动结合面为研究对象,建立了一种考虑各滚动结合面综合变形的高精度机床模块化精度模型。将机床中的运动系统分为两...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景和意义
1.2 数控机床精度设计研究现状
1.2.1 数控机床的静态精度设计研究现状
1.2.2 数控机床的动态精度设计研究现状
1.3 机床关键结合面接触特性研究现状
1.3.1 机床螺栓结合面接触特性研究现状
1.3.2 机床滚动结合面接触特性研究现状
1.4 数控机床精度保持性研究现状
1.4.1 摩擦磨损对机床精度保持性的影响研究
1.4.2 结构残余应力对机床精度保持性的影响研究
1.4.3 螺栓蠕变对机床精度保持性的影响研究
1.5 数控机床精度及精度保持性研究现状总结
1.6 论文研究的主要内容
第二章 机床几何误差建模及其对高精度机床精度影响研究
2.1 多体系统误差分析建模方法
2.1.1 理想运动的变换矩阵
2.1.2 实际运动的变换矩阵
2.2 五轴数控机床的几何误差建模与应用
2.2.1 五轴数控机床的几何误差建模
2.2.2 五轴数控机床关键组件几何误差计算案例
2.3 本章小结
第三章 滚动结合面刚度建模及其对高精度机床精度影响研究
3.1 直线进给系统中滚动结合面变形误差综合建模
3.1.1 滚动导轨结合面变形误差建模
3.1.2 滚珠丝杠-轴承结合面变形误差综合建模
3.1.3 由于滚动结合面变形产生的直线进给系统相对运动变换矩阵建模
3.2 主轴回转系统中滚动结合面变形误差综合建模
3.3 五轴数控机床运动系统滚动结合面变形误差综合建模
3.3.1 五轴数控机床各运动系统受力变形误差的运动特征矩阵建模
3.3.2 多运动系统滚动结合面变形误差综合建模
3.4 基于有限元的滚动结合面变形误差综合模型验证
3.5 本章小结
第四章 固定结合面微观接触建模及其刚度对高精度机床精度影响研究
4.1 两粗糙平面间的微观接触几何模型
4.2 基于GW模型的粗糙表面弹塑性接触模型
4.2.1 单一微凸体接触分析
4.2.2 两粗糙表面接触分析
4.2.3 塑性阶段积分上限取值分析
4.3 微凸体间相互作用对两粗糙表面接触特性的影响分析
4.3.1 微凸体相互作用影响范围研究
4.3.2 考虑相互作用后的微凸体变形分布规律研究
4.3.3 从微观和宏观角度考虑微凸体间相互作用的误差分析
4.4 考虑微凸体相互作用的结合面刚度特性研究
4.5 螺栓结合面刚度对高精度机床精度影响研究
4.6 本章小结
第五章 机床关键结合面刚度对高精度机床精度综合影响研究
5.1 基于平均挠度相等的铣削力准静态等效模型
5.2 机床几何误差与结合面变形误差综合建模
5.3 滚动结合面中滚珠预变形的影响研究
5.4 本章小结
第六章 结合面微凸体蠕变建模及其对固定结合面刚度时变特性影响研究
6.1 结合面微凸体蠕变建模
6.1.1 陈化理论
6.1.2 单个微凸体蠕变建模
6.1.3 两粗糙表面微凸体蠕变建模
6.2 结合面微凸体蠕变对固定结合面刚度的影响研究
6.2.1 单位时间步长?取值对分析结果的影响
6.2.2 结合面参数对结合面蠕变的影响
6.3 螺栓连接蠕变对刚度衰退的影响
6.3.1 考虑螺栓和连接件蠕变的预紧力衰退建模与分析
6.3.2 考虑预紧力变化的螺栓结合面刚度退化特性分析
6.4 本章小结
第七章 固定结合面刚度退化对机床精度保持性影响研究
7.1 固定结合面蠕变变形对机床精度保持性的影响研究
7.1.1 螺栓结合面蠕变变形分析
7.1.2 预紧顺序对固定结合面预紧力及蠕变变形的影响分析
7.2 固定结合面刚度衰退对机床动态特性的影响研究
7.3 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 研究展望
参考文献
附录
附录1 论文关键符号意义说明表
作者简介
个人简历
博士期间发表的学术论文
博士期间参与科研项目
博士期间授权专利及软件著作权
发明专利
软件著作权
致谢
本文编号：3414697
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景和意义
1.2 数控机床精度设计研究现状
1.2.1 数控机床的静态精度设计研究现状
1.2.2 数控机床的动态精度设计研究现状
1.3 机床关键结合面接触特性研究现状
1.3.1 机床螺栓结合面接触特性研究现状
1.3.2 机床滚动结合面接触特性研究现状
1.4 数控机床精度保持性研究现状
1.4.1 摩擦磨损对机床精度保持性的影响研究
1.4.2 结构残余应力对机床精度保持性的影响研究
1.4.3 螺栓蠕变对机床精度保持性的影响研究
1.5 数控机床精度及精度保持性研究现状总结
1.6 论文研究的主要内容
第二章 机床几何误差建模及其对高精度机床精度影响研究
2.1 多体系统误差分析建模方法
2.1.1 理想运动的变换矩阵
2.1.2 实际运动的变换矩阵
2.2 五轴数控机床的几何误差建模与应用
2.2.1 五轴数控机床的几何误差建模
2.2.2 五轴数控机床关键组件几何误差计算案例
2.3 本章小结
第三章 滚动结合面刚度建模及其对高精度机床精度影响研究
3.1 直线进给系统中滚动结合面变形误差综合建模
3.1.1 滚动导轨结合面变形误差建模
3.1.2 滚珠丝杠-轴承结合面变形误差综合建模
3.1.3 由于滚动结合面变形产生的直线进给系统相对运动变换矩阵建模
3.2 主轴回转系统中滚动结合面变形误差综合建模
3.3 五轴数控机床运动系统滚动结合面变形误差综合建模
3.3.1 五轴数控机床各运动系统受力变形误差的运动特征矩阵建模
3.3.2 多运动系统滚动结合面变形误差综合建模
3.4 基于有限元的滚动结合面变形误差综合模型验证
3.5 本章小结
第四章 固定结合面微观接触建模及其刚度对高精度机床精度影响研究
4.1 两粗糙平面间的微观接触几何模型
4.2 基于GW模型的粗糙表面弹塑性接触模型
4.2.1 单一微凸体接触分析
4.2.2 两粗糙表面接触分析
4.2.3 塑性阶段积分上限取值分析
4.3 微凸体间相互作用对两粗糙表面接触特性的影响分析
4.3.1 微凸体相互作用影响范围研究
4.3.2 考虑相互作用后的微凸体变形分布规律研究
4.3.3 从微观和宏观角度考虑微凸体间相互作用的误差分析
4.4 考虑微凸体相互作用的结合面刚度特性研究
4.5 螺栓结合面刚度对高精度机床精度影响研究
4.6 本章小结
第五章 机床关键结合面刚度对高精度机床精度综合影响研究
5.1 基于平均挠度相等的铣削力准静态等效模型
5.2 机床几何误差与结合面变形误差综合建模
5.3 滚动结合面中滚珠预变形的影响研究
5.4 本章小结
第六章 结合面微凸体蠕变建模及其对固定结合面刚度时变特性影响研究
6.1 结合面微凸体蠕变建模
6.1.1 陈化理论
6.1.2 单个微凸体蠕变建模
6.1.3 两粗糙表面微凸体蠕变建模
6.2 结合面微凸体蠕变对固定结合面刚度的影响研究
6.2.1 单位时间步长?取值对分析结果的影响
6.2.2 结合面参数对结合面蠕变的影响
6.3 螺栓连接蠕变对刚度衰退的影响
6.3.1 考虑螺栓和连接件蠕变的预紧力衰退建模与分析
6.3.2 考虑预紧力变化的螺栓结合面刚度退化特性分析
6.4 本章小结
第七章 固定结合面刚度退化对机床精度保持性影响研究
7.1 固定结合面蠕变变形对机床精度保持性的影响研究
7.1.1 螺栓结合面蠕变变形分析
7.1.2 预紧顺序对固定结合面预紧力及蠕变变形的影响分析
7.2 固定结合面刚度衰退对机床动态特性的影响研究
7.3 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 研究展望
参考文献
附录
附录1 论文关键符号意义说明表
作者简介
个人简历
博士期间发表的学术论文
博士期间参与科研项目
博士期间授权专利及软件著作权
发明专利
软件著作权
致谢
本文编号：3414697
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