大扭矩龙门机床主轴与动横梁系统力学与热特性分析
发布时间：2021-11-09 08:28
当前,大多数国产动梁龙门机床主轴输出扭矩低,移动组件刚性差,切削效率低、成本高。还有部分机床主轴扭矩较大,但工作转速低,无法完成高精度加工。为满足工件高效高精度加工需求,校企合作开发新型大扭矩龙门机床主轴与动横梁系统。采用有限元分析与试验研究相结合的方法,设计大扭矩主轴系统并分析主轴与动横梁系统力学特性与热特性,实现高效高精加工。（1）设计标准主轴+中间碳纤维联轴器+过渡轴结构的主轴系统,使其最大输出扭矩达到1700Nm。应用有限元法分析主轴刚度、强度,结果满足重载切削要求。并对主轴进行双面动平衡校验,最终校正面最大剩余不平衡量为63.7g·mm,符合ISO 1940-2-1997 G1级精度标准。（2）采用有限元法并结合相关试验研究,分析主轴系统温度场并建立热误差补偿模型。首先通过试验获得各测温点在不同工况下的温度随时间变化曲线图,当主轴转速达到4000rpm时,测温点最高温度为43.0℃,75min左右达到热平衡。接着由稳态热分析得到应用循环油冷却系统后且主轴转速达到4000rpm时,前轴承外圈温度较未应用冷却系统时下降15.1℃。随后由瞬态热分析得到各测温点在不同工况下的温度随时...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?ＧＫＵ５０Ｅ系列动梁龙门机床?图ｉ－３?ＸＨ２１３０型动梁龙门机床??
第一章绪论?大扭矩龙门机床主轴与动横梁系统力学与热特性分析??滑座与滑枕?????，上ｌ＾ｅ三Ａ??图１－１动梁龙门机床示意图??１．２课题国内外研究现状??１．２．１国内研究现状??我国针对重型龙门机床的研发工作起步较晚，目前龙门机床的主轴与横梁系统仍??是国内相关领域学者的研究重点。国内生产重型动梁龙门机床的企业不多，海天精工??ＧＫＵ５０Ｅ系列动梁龙门机床，如图１－２所示，其方滑枕的重心接近动横梁中心，这样??的设计保证了机床的整体刚性与精度。机床重复定位精度±〇．〇〇３ｍｍ／１０００ｍｍ，主轴最??大转速为２０００ｒｐｍ。机床Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗ轴快移速度分别为１０ｍ／ｍｉｎ、１０ｍ／ｍｉｎ、１０ｍ／ｍｉｎ、??２ｍ／ｍｉｎ。机床Ｘ、Ｙ、Ｚ轴最大切削速度均为６ｍ／ｍｉｎ。??图１－２?ＧＫＵ５０Ｅ系列动梁龙门机床?图ｉ－３?ＸＨ２１３０型动梁龙门机床??济南二机集团ＸＨ２１３０型动梁龙门机床，如图１－３所示，机床Ｘ、Ｙ、Ｚ轴使用??滚柱直线导轨，正常进给、快移速度高。机床Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗ轴快移速度分别为１０ｍ／ｍｍ、??１０ｍ／ｍｉｎ、６ｍ／ｍｉｎ、２ｍ／ｍｉｎ，?Ｘ、Ｙ、Ｚ?车由工作进给速度为?５？５０００ｍｍ／ｍｉｎ，?Ｗ?轴工作??２??
第一章绪论?大扭矩龙门机床主轴与动横梁系统力学与热特性分析??泛认可。该系列机床采用模块化设计方法，可根据客户需求配置不同类型的工作台、??不同截面的滑枕、不同功率的主轴等。移动部件速度快、精度高、稳定性好。??图１－６?Ｍａｓｔｅｒ?Ｔｅｃ系列动梁龙门机床??国外Ｓｃｈｅｎｃｋ、Ｓｉｇｍａ、Ｒｉｏｎ等品牌动平衡仪，可便捷地应用于龙门机床主轴动??平衡校验。Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ开发的环形电磁式平衡装置，成对安装于机床主轴端部，工作??时适量调整环状平衡体间距，２ｓ内即可完成动平衡校正操作。Ｓｈｉｎ等设计出一种应??用于机床主轴动平衡调整的电机驱动式平衡头，工作时由电机驱动配重块移动，该平??衡头结构简单但是可靠性差［４５］。Ｍｏｏｎ等应用简单可靠的电磁式平衡装置以减少高速??主轴的动不平衡量，并通过试验证明了在包括临界转速在内的所有转速范围内，主轴??的动平衡精度满足高精加工要求［４６］。Ｈｒｅｄｚａｋ等开发出新型电磁驱动可变式平衡仪，??该设备为环形，安装于旋转轴上后，依靠装置内环形凹槽中作径向位移的钢球实现动??平衡补偿，该装置的最大优点是可应用于位置可变的旋转轴的动平衡补偿，应用范围??广［４７］。Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ等对某型号双面动平衡机进行研究，建立了考虑支承各向异性与转??子加速度影响的数学模型；并考虑到不平衡量的对称性，利用等变分歧理论推导出保??证平衡机校正精度的必要条件；最后通过试验验证了该型动平衡机的校正精度，研宄??成果对于提高同类设备的校正精度具有重要意义［４８］。??国外学者Ｍａｒｙ等总结十余年的研究成果，认为高端机床总误差的５０％？７０％为??热误差Ｃｈｉｅｎ等建立机床电主轴水冷套筒热流固耦
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业4.0背景下的机电一体化技术应用与发展[J]. 马永树,王计波. 内燃机与配件. 2018(19)
[2]机床装备在役再制造的内涵及技术体系[J]. 曹华军,杜彦斌. 中国机械工程. 2018(19)
[3]我国数控机床行业发展战略研究[J]. 张建平,唐五湘. 企业经济. 2018(09)
[4]传统机械加工机床机电一体化改造探析[J]. 李晓娜. 中国设备工程. 2018(17)
[5]成长·跨越·携手共赢——马扎克MTF 2018制造未来展示会盛大开幕[J]. 陈钢. 制造技术与机床. 2018(09)
[6]数控技术的国内外分析与发展趋势的展望[J]. 周晓枫,王子伟,张天赋,张兆夕. 中国设备工程. 2018(16)
[7]基于影响系数法的主轴在线动平衡实验研究[J]. 王展,涂伟,朱峰龙. 机床与液压. 2018(13)
[8]基于对流散热优化龙门加工中心主轴热变形[J]. 汤秋,王传洋,郝云,刘海华. 煤矿机械. 2017(08)
[9]动梁龙门加工中心横梁结构设计与优化[J]. 郭琳娜,郑天池,鞠家全,孙小刚,邱自学. 现代制造工程. 2017(06)
[10]机床的动态性能及其优化(下)[J]. 张炳生,张曙. 机械设计与制造工程. 2017(02)
博士论文
[1]电主轴热态特性对轴承—转子系统动力学特性的影响研究[D]. 王保民.兰州理工大学 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]龙门加工中心结构设计与静动态特性分析[D]. 杜贝.陕西科技大学 2016
[3]大型数控龙门机床横梁部件静动态特性研究[D]. 曹明.陕西理工学院 2015
[4]超宽数控龙门机床横梁结构的设计与优化[D]. 车忠伟.山东大学 2014
[5]龙门加工中心结构薄弱环节动态特性优化[D]. 汤燕云.浙江工业大学 2013
[6]高速主轴在线动平衡头的研制[D]. 白彩波.中国计量学院 2012
[7]大型龙门数控机床温度测点优化与热误差建模技术研究[D]. 赵瑞月.南京航空航天大学 2012
[8]桥式龙门加工中心滑枕平衡液压系统的设计与研究[D]. 赵东明.东北大学 2011
[9]HMC80卧式加工中心电主轴热、动态特性分析及耦合研究[D]. 赵跃超.兰州理工大学 2011
[10]龙门式加工中心横梁调平系统的研究与设计[D]. 杨健.上海交通大学 2010
本文编号：3484978
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?ＧＫＵ５０Ｅ系列动梁龙门机床?图ｉ－３?ＸＨ２１３０型动梁龙门机床??
第一章绪论?大扭矩龙门机床主轴与动横梁系统力学与热特性分析??滑座与滑枕?????，上ｌ＾ｅ三Ａ??图１－１动梁龙门机床示意图??１．２课题国内外研究现状??１．２．１国内研究现状??我国针对重型龙门机床的研发工作起步较晚，目前龙门机床的主轴与横梁系统仍??是国内相关领域学者的研究重点。国内生产重型动梁龙门机床的企业不多，海天精工??ＧＫＵ５０Ｅ系列动梁龙门机床，如图１－２所示，其方滑枕的重心接近动横梁中心，这样??的设计保证了机床的整体刚性与精度。机床重复定位精度±〇．〇〇３ｍｍ／１０００ｍｍ，主轴最??大转速为２０００ｒｐｍ。机床Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗ轴快移速度分别为１０ｍ／ｍｉｎ、１０ｍ／ｍｉｎ、１０ｍ／ｍｉｎ、??２ｍ／ｍｉｎ。机床Ｘ、Ｙ、Ｚ轴最大切削速度均为６ｍ／ｍｉｎ。??图１－２?ＧＫＵ５０Ｅ系列动梁龙门机床?图ｉ－３?ＸＨ２１３０型动梁龙门机床??济南二机集团ＸＨ２１３０型动梁龙门机床，如图１－３所示，机床Ｘ、Ｙ、Ｚ轴使用??滚柱直线导轨，正常进给、快移速度高。机床Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗ轴快移速度分别为１０ｍ／ｍｍ、??１０ｍ／ｍｉｎ、６ｍ／ｍｉｎ、２ｍ／ｍｉｎ，?Ｘ、Ｙ、Ｚ?车由工作进给速度为?５？５０００ｍｍ／ｍｉｎ，?Ｗ?轴工作??２??
第一章绪论?大扭矩龙门机床主轴与动横梁系统力学与热特性分析??泛认可。该系列机床采用模块化设计方法，可根据客户需求配置不同类型的工作台、??不同截面的滑枕、不同功率的主轴等。移动部件速度快、精度高、稳定性好。??图１－６?Ｍａｓｔｅｒ?Ｔｅｃ系列动梁龙门机床??国外Ｓｃｈｅｎｃｋ、Ｓｉｇｍａ、Ｒｉｏｎ等品牌动平衡仪，可便捷地应用于龙门机床主轴动??平衡校验。Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ开发的环形电磁式平衡装置，成对安装于机床主轴端部，工作??时适量调整环状平衡体间距，２ｓ内即可完成动平衡校正操作。Ｓｈｉｎ等设计出一种应??用于机床主轴动平衡调整的电机驱动式平衡头，工作时由电机驱动配重块移动，该平??衡头结构简单但是可靠性差［４５］。Ｍｏｏｎ等应用简单可靠的电磁式平衡装置以减少高速??主轴的动不平衡量，并通过试验证明了在包括临界转速在内的所有转速范围内，主轴??的动平衡精度满足高精加工要求［４６］。Ｈｒｅｄｚａｋ等开发出新型电磁驱动可变式平衡仪，??该设备为环形，安装于旋转轴上后，依靠装置内环形凹槽中作径向位移的钢球实现动??平衡补偿，该装置的最大优点是可应用于位置可变的旋转轴的动平衡补偿，应用范围??广［４７］。Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ等对某型号双面动平衡机进行研究，建立了考虑支承各向异性与转??子加速度影响的数学模型；并考虑到不平衡量的对称性，利用等变分歧理论推导出保??证平衡机校正精度的必要条件；最后通过试验验证了该型动平衡机的校正精度，研宄??成果对于提高同类设备的校正精度具有重要意义［４８］。??国外学者Ｍａｒｙ等总结十余年的研究成果，认为高端机床总误差的５０％？７０％为??热误差Ｃｈｉｅｎ等建立机床电主轴水冷套筒热流固耦
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业4.0背景下的机电一体化技术应用与发展[J]. 马永树,王计波. 内燃机与配件. 2018(19)
[2]机床装备在役再制造的内涵及技术体系[J]. 曹华军,杜彦斌. 中国机械工程. 2018(19)
[3]我国数控机床行业发展战略研究[J]. 张建平,唐五湘. 企业经济. 2018(09)
[4]传统机械加工机床机电一体化改造探析[J]. 李晓娜. 中国设备工程. 2018(17)
[5]成长·跨越·携手共赢——马扎克MTF 2018制造未来展示会盛大开幕[J]. 陈钢. 制造技术与机床. 2018(09)
[6]数控技术的国内外分析与发展趋势的展望[J]. 周晓枫,王子伟,张天赋,张兆夕. 中国设备工程. 2018(16)
[7]基于影响系数法的主轴在线动平衡实验研究[J]. 王展,涂伟,朱峰龙. 机床与液压. 2018(13)
[8]基于对流散热优化龙门加工中心主轴热变形[J]. 汤秋,王传洋,郝云,刘海华. 煤矿机械. 2017(08)
[9]动梁龙门加工中心横梁结构设计与优化[J]. 郭琳娜,郑天池,鞠家全,孙小刚,邱自学. 现代制造工程. 2017(06)
[10]机床的动态性能及其优化(下)[J]. 张炳生,张曙. 机械设计与制造工程. 2017(02)
博士论文
[1]电主轴热态特性对轴承—转子系统动力学特性的影响研究[D]. 王保民.兰州理工大学 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]龙门加工中心结构设计与静动态特性分析[D]. 杜贝.陕西科技大学 2016
[3]大型数控龙门机床横梁部件静动态特性研究[D]. 曹明.陕西理工学院 2015
[4]超宽数控龙门机床横梁结构的设计与优化[D]. 车忠伟.山东大学 2014
[5]龙门加工中心结构薄弱环节动态特性优化[D]. 汤燕云.浙江工业大学 2013
[6]高速主轴在线动平衡头的研制[D]. 白彩波.中国计量学院 2012
[7]大型龙门数控机床温度测点优化与热误差建模技术研究[D]. 赵瑞月.南京航空航天大学 2012
[8]桥式龙门加工中心滑枕平衡液压系统的设计与研究[D]. 赵东明.东北大学 2011
[9]HMC80卧式加工中心电主轴热、动态特性分析及耦合研究[D]. 赵跃超.兰州理工大学 2011
[10]龙门式加工中心横梁调平系统的研究与设计[D]. 杨健.上海交通大学 2010
本文编号：3484978
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