高速数控机床进给系统热-力耦合振动特性研究
发布时间：2021-10-18 16:35
航空航天、汽车、国防等制造业的飞速发展,对数控机床进给系统的高转速、高定位精度等性能要求不断提高。但随之带来的是进给系统发热量逐渐增加,造成热变形误差增大、系统结构刚度降低、振动加剧,以至机床加工精度下降。现有研究主要关注进给系统单一的热学性能和力学性能,较少考虑热-力耦合作用下的动态性能,不利于提高进给系统综合性能。为此本文以高速数控机床进给系统为研究对象,结合实际工况分析系统热特性、动态特性及热-力耦合作用下的振动特性。具体研究如下:（1）探索高速进给系统热-力耦合振动研究方法,制定热-力耦合振动研究路线,包括热特性、动态特性及热-力耦合振动特性分析。（2）计算热源发热量、关键结合面接触热阻和对流换热量,施加移动热载荷,建立仿真模型,完成稳态温度场、瞬态温度场及热-结构耦合分析。结果表明:进给系统最大温升为21.08℃,最大热变形达17.264um。针对局部区域发热严重,设计了局部冷却装置并分析其影响冷却效果的因素,研究发现:流速、气流温度等参数对冷却效果影响显著,为此进一步优化了冷却装置。（3）计算切削激振力,建立轴承副、螺母副和导轨副等结合面模型,确定结合面等效动力学参数,完成...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．丨试验测点示意图??
图１．２分段模型预测结果分析??Ｘｕ［Ｍ通过有限元法（ＦＥＭ）和改进的集总电容法（ＭＬＣＭ）的热模型估计滚??珠丝杠系统的热误差和空气冷却系统的有效性，实验表明（如图１．３）：这些方法较??好地预测滚进给系统的热特性和空气冷却性能。??ｒ？ｉ?ｕ？??？?？姻?？?？?＊?－?－?？？＊＊？??Ａ－?Ｗ＾ｙ?．一?？?＊－＊?罨＿馨爹??其－?ｍ?￣?…树滅?＿、－?－?？？？？？？?＊?？，?５＾－——??ｒ？?一耆??！－？??§??｜?２６．??＾?■?４＾??２４＂?／‘＞▲▲▲▲．▲會：??＊??２Ｑ?ｊ?Ｉ?ｉ?．?８?乂?ｉ??０?ＳＯＯ?１００Ｄ?１５００?２０００?２６００??Ｔ？ｒ？Ｓ（５｝??图１．３实验和ＭＬＣＭ法计算结果对比??殷国富［２Ｑ］分析机床整机和零部件的热变形误差后，提出使用热态信息链描述??零部件与机床整机之间的热特性关系，并采用包含温度场和热变形的有限元模型??作为分析载体。提出热态信息挖掘方法，研究表明进给系统是导致整机精度下降的??关键部件。最后以加工中心为研究对象，使用热态信息链法为加工中心结构的优化??设计提供指导，优化后热误差减小８５．５ｕｍ，证明该方法的可靠性??表１．１进给系统热特性建模方法??序号人物?核心方法?主要内容??１?Ｓｈｉ?热误差理论建模采用回归分析法，利用温度数据建立热误差理论模型。??２?何波?热特性结构优化采用多元线性回归法优化测温点的布局。??３?Ｗｕ?热特性实验?实验获得温度场和热变形
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【参考文献】：
期刊论文
[1]双驱动进给系统动态建模及变化规律研究[J]. 黄俊,袁军堂,汪振华. 振动与冲击. 2017(18)
[2]镗铣加工中心进给系统热特性分析与实验研究[J]. 孙军,秦显军,钱彬彬,黄圆. 组合机床与自动化加工技术. 2016(05)
[3]基于GA-BP神经网络系统的滚珠丝杠热误差建模[J]. 张辉杰,王军,吴文嘉,孙军,舒启林. 制造业自动化. 2015(18)
[4]热-力耦合效应对风电专用机床主轴振动的影响[J]. 刘世豪,张云顺,陈致水,廖宇兰. 中国矿业大学学报. 2015(05)
[5]基于ANSYS的加工中心进给系统热特性分析[J]. 郭松路,盛艳君,刘德平. 组合机床与自动化加工技术. 2013(12)
[6]角接触球轴承刚度理论计算与实验[J]. 方兵,张雷,曲兴田,赵继. 吉林大学学报(工学版). 2012(04)
[7]机床主轴-轴承系统热-力耦合模型及其动态性能研究[J]. 田久良,洪军,朱永生,李小虎,郭俊康. 西安交通大学学报. 2012(07)
[8]基于热态信息链的龙门加工中心结构优化技术[J]. 阳红,殷国富,刘立新,方辉,张定金. 计算机集成制造系统. 2011(11)
[9]伺服系统中滚珠丝杠的温度场模型[J]. 陈诚,裘祖荣,李醒飞,董成军,张晨阳. 光学精密工程. 2011(05)
[10]高速电主轴热态特性与动力学特性耦合分析模型[J]. 杨佐卫,殷国富,尚欣,姜华,钟开英. 吉林大学学报(工学版). 2011(01)
博士论文
[1]宏宏双驱动微量进给伺服系统动态特性研究[D]. 于翰文.山东大学 2016
[2]滚珠丝杠副直线导轨进给单元动态性能研究[D]. 许向荣.山东大学 2011
[3]数控机床进给系统动态特性辨识与状态监测方法研究[D]. 胡峰.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]龙门加工中心进给系统动态特性分析及结构优化[D]. 仇政.山东大学 2017
[2]数控机床进给系统热误差分析与试验研究[D]. 邹存建.沈阳理工大学 2017
[3]基于Abaqus的车铣复合机床热特性分析及实验研究[D]. 严波.华中科技大学 2016
[4]卧式加工中心热特性分析与工作空间热误差建模方法[D]. 杨金玉.天津大学 2016
[5]考虑结合面影响的专用插床动态特性分析与优化[D]. 李坤.江苏科技大学 2015
[6]铣车复合加工中心双驱丝杠静动热态特性分析及尺寸优化[D]. 闫冰.兰州理工大学 2014
[7]数控机床进给系统关键功能部件的热特性研究[D]. 李虎.东北大学 2014
[8]高速加工中心热分析与热误差补偿研究[D]. 郭松路.郑州大学 2014
[9]滚珠丝杠螺母副结合面动态特性参数识别与试验研究[D]. 董香龙.南京理工大学 2014
[10]数控机床直线进给系统热特性分析技术研究和工具开发[D]. 纪艳丽.南京理工大学 2014
本文编号：3443126
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．丨试验测点示意图??
图１．２分段模型预测结果分析??Ｘｕ［Ｍ通过有限元法（ＦＥＭ）和改进的集总电容法（ＭＬＣＭ）的热模型估计滚??珠丝杠系统的热误差和空气冷却系统的有效性，实验表明（如图１．３）：这些方法较??好地预测滚进给系统的热特性和空气冷却性能。??ｒ？ｉ?ｕ？??？?？姻?？?？?＊?－?－?？？＊＊？??Ａ－?Ｗ＾ｙ?．一?？?＊－＊?罨＿馨爹??其－?ｍ?￣?…树滅?＿、－?－?？？？？？？?＊?？，?５＾－——??ｒ？?一耆??！－？??§??｜?２６．??＾?■?４＾??２４＂?／‘＞▲▲▲▲．▲會：??＊??２Ｑ?ｊ?Ｉ?ｉ?．?８?乂?ｉ??０?ＳＯＯ?１００Ｄ?１５００?２０００?２６００??Ｔ？ｒ？Ｓ（５｝??图１．３实验和ＭＬＣＭ法计算结果对比??殷国富［２Ｑ］分析机床整机和零部件的热变形误差后，提出使用热态信息链描述??零部件与机床整机之间的热特性关系，并采用包含温度场和热变形的有限元模型??作为分析载体。提出热态信息挖掘方法，研究表明进给系统是导致整机精度下降的??关键部件。最后以加工中心为研究对象，使用热态信息链法为加工中心结构的优化??设计提供指导，优化后热误差减小８５．５ｕｍ，证明该方法的可靠性??表１．１进给系统热特性建模方法??序号人物?核心方法?主要内容??１?Ｓｈｉ?热误差理论建模采用回归分析法，利用温度数据建立热误差理论模型。??２?何波?热特性结构优化采用多元线性回归法优化测温点的布局。??３?Ｗｕ?热特性实验?实验获得温度场和热变形
、＿?１?！４?ｍ??图１．２分段模型预测结果分析??Ｘｕ［Ｍ通过有限元法（ＦＥＭ）和改进的集总电容法（ＭＬＣＭ）的热模型估计滚??珠丝杠系统的热误差和空气冷却系统的有效性，实验表明（如图１．３）：这些方法较??好地预测滚进给系统的热特性和空气冷却性能。??ｒ？ｉ?ｕ？??？?？姻?？?？?＊?－?－?？？＊＊？??Ａ－?Ｗ＾ｙ?．一?？?＊－＊?罨＿馨爹??其－?ｍ?￣?…树滅?＿、－?－?？？？？？？?＊?？，?５＾－——??ｒ？?一耆??！－？??§??｜?２６．??＾?■?４＾??２４＂?／‘＞▲▲▲▲．▲會：??＊??２Ｑ?ｊ?Ｉ?ｉ?．?８?乂?ｉ??０?ＳＯＯ?１００Ｄ?１５００?２０００?２６００??Ｔ？ｒ？Ｓ（５｝??图１．３实验和ＭＬＣＭ法计算结果对比??殷国富［２Ｑ］分析机床整机和零部件的热变形误差后，提出使用热态信息链描述??零部件与机床整机之间的热特性关系，并采用包含温度场和热变形的有限元模型??作为分析载体。提出热态信息挖掘方法，研究表明进给系统是导致整机精度下降的??关键部件。最后以加工中心为研究对象，使用热态信息链法为加工中心结构的优化??设计提供指导，优化后热误差减小８５．５ｕｍ，证明该方法的可靠性??表１．１进给系统热特性建模方法??序号人物?核心方法?主要内容??１?Ｓｈｉ?热误差理论建模采用回归分析法
【参考文献】：
期刊论文
[1]双驱动进给系统动态建模及变化规律研究[J]. 黄俊,袁军堂,汪振华. 振动与冲击. 2017(18)
[2]镗铣加工中心进给系统热特性分析与实验研究[J]. 孙军,秦显军,钱彬彬,黄圆. 组合机床与自动化加工技术. 2016(05)
[3]基于GA-BP神经网络系统的滚珠丝杠热误差建模[J]. 张辉杰,王军,吴文嘉,孙军,舒启林. 制造业自动化. 2015(18)
[4]热-力耦合效应对风电专用机床主轴振动的影响[J]. 刘世豪,张云顺,陈致水,廖宇兰. 中国矿业大学学报. 2015(05)
[5]基于ANSYS的加工中心进给系统热特性分析[J]. 郭松路,盛艳君,刘德平. 组合机床与自动化加工技术. 2013(12)
[6]角接触球轴承刚度理论计算与实验[J]. 方兵,张雷,曲兴田,赵继. 吉林大学学报(工学版). 2012(04)
[7]机床主轴-轴承系统热-力耦合模型及其动态性能研究[J]. 田久良,洪军,朱永生,李小虎,郭俊康. 西安交通大学学报. 2012(07)
[8]基于热态信息链的龙门加工中心结构优化技术[J]. 阳红,殷国富,刘立新,方辉,张定金. 计算机集成制造系统. 2011(11)
[9]伺服系统中滚珠丝杠的温度场模型[J]. 陈诚,裘祖荣,李醒飞,董成军,张晨阳. 光学精密工程. 2011(05)
[10]高速电主轴热态特性与动力学特性耦合分析模型[J]. 杨佐卫,殷国富,尚欣,姜华,钟开英. 吉林大学学报(工学版). 2011(01)
博士论文
[1]宏宏双驱动微量进给伺服系统动态特性研究[D]. 于翰文.山东大学 2016
[2]滚珠丝杠副直线导轨进给单元动态性能研究[D]. 许向荣.山东大学 2011
[3]数控机床进给系统动态特性辨识与状态监测方法研究[D]. 胡峰.华中科技大学 2009
硕士论文
[1]龙门加工中心进给系统动态特性分析及结构优化[D]. 仇政.山东大学 2017
[2]数控机床进给系统热误差分析与试验研究[D]. 邹存建.沈阳理工大学 2017
[3]基于Abaqus的车铣复合机床热特性分析及实验研究[D]. 严波.华中科技大学 2016
[4]卧式加工中心热特性分析与工作空间热误差建模方法[D]. 杨金玉.天津大学 2016
[5]考虑结合面影响的专用插床动态特性分析与优化[D]. 李坤.江苏科技大学 2015
[6]铣车复合加工中心双驱丝杠静动热态特性分析及尺寸优化[D]. 闫冰.兰州理工大学 2014
[7]数控机床进给系统关键功能部件的热特性研究[D]. 李虎.东北大学 2014
[8]高速加工中心热分析与热误差补偿研究[D]. 郭松路.郑州大学 2014
[9]滚珠丝杠螺母副结合面动态特性参数识别与试验研究[D]. 董香龙.南京理工大学 2014
[10]数控机床直线进给系统热特性分析技术研究和工具开发[D]. 纪艳丽.南京理工大学 2014
本文编号：3443126
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