复合式镗铣加工中心关键部件的热态特性研究

发布时间：2017-06-10 18:21

  本文关键词：复合式镗铣加工中心关键部件的热态特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着机械加工向着自动化、高精度的方向发展,对机床的加工精度要求也越来越高。而工艺系统误差制约着机床加工精度,其中受力变形和受热变形是系统的主要误差源。本文以镗铣加工中心镗削过程中关键部件(工作台进给系统、镗削系统)为研究对象,对其进行热-结构耦合分析,得到其温度分布和变形规律,并提出了合理的优化方案,提高了镗削精度,具体内容如下:1.首先基于传热学基本理论和对加工中心结构的研究,分析了镗铣加工中心的热源分布及传热机制,并对机床处于半精镗工况下的工作台进给系统和镗削系统的主要热源发热量和对流换热系数进行计算。2.通过热-结构耦合分析得到工作台进给系统的稳态温度场和变形云图,并分析得到其主要热源和三个方向的变形对机床精度的影响;根据分析结果,提出采用中空丝杠通水冷却,减小变形,并通过有限元仿真与数学计算相结合的方法确定冷却液流量。3.分别对镗削系统进行静力分析和热-结构耦合分析,通过对比两者的分析结果,得到影响系统三个方向变形的主要因素;对滑枕处于不同行程的镗削系统进行耦合分析,得到系统各方向变形与滑枕行程的关系曲线。4.针对镗削系统的变形引起的镗削误差问题,提出采用液压拉杆法进行补偿,并设计了补偿装置;通过理论计算、有限元仿真以及最小二乘法得到各拉杆补偿力与滑枕行程的函数关系式和关系曲线;通过有限元仿真验证补偿效果,发现补偿后镗削精度完全满足机床要求。
【关键词】：镗铣加工中心 热-结构耦合分析 误差补偿
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题研究的目的和意义12-14
• 1.2 国内外机床热特性研究现状14-16
• 1.2.1 整机的热特性研究现状14-15
• 1.2.2 进给系统热特性研究现状15-16
• 1.3 课题来源16
• 1.4 本文主要研究内容16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第2章 机床热特性理论及分析方法18-30
• 2.1 传热学基本理论18-19
• 2.2 热量传递的基本方式19-22
• 2.2.1 热传导基本概念和傅里叶定律19-20
• 2.2.2 热对流基本概念和牛顿冷却公式20-21
• 2.2.3 热辐射21-22
• 2.2.4 复合换热22
• 2.3 温度场的数学模型及求解方法22-25
• 2.3.1 温度场的概念22-23
• 2.3.2 导热微分方程23-24
• 2.3.3 温度场的求解方法24-25
• 2.4 有限元分析法25-29
• 2.4.1 有限元理论概述25-26
• 2.4.2 有限元法温度场分析原理26-27
• 2.4.3 有限元法热-结构耦合分析原理和步骤27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 加工中心边界条件的分析计算30-39
• 3.1 镗铣加工中心简介30-32
• 3.2 加工中心热源发热分析及计算32-35
• 3.2.1 热源的分析32-33
• 3.2.2 轴承摩擦发热量计算33-34
• 3.2.3 丝杠螺母副摩擦发热发热量计算34-35
• 3.2.4 导轨副摩擦发热量计算35
• 3.3 加工中心传热途径分析及计算35-38
• 3.3.1 传热途经分析35-36
• 3.3.2 自然对流换热系数计算36-37
• 3.3.3 强迫对流换热系数计算37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 加工中心工作台进给系统热特性分析39-52
• 4.1 有限元模型的建立39-42
• 4.1.1 工作台进给系统几何模型的建立39-40
• 4.1.2 定义材料属性40
• 4.1.3 接触面处理40-41
• 4.1.4 网格划分41-42
• 4.2 进给系统温度场分析42-43
• 4.3 进给系统的热-结构耦合分析43-47
• 4.3.1 热-结构耦合分析目的43-44
• 4.3.2 进给系统载荷的确定44-45
• 4.3.3 进给系统变形分析45-47
• 4.4 改进措施及效果47-51
• 4.4.1 丝杠与冷却液的对流换热47-49
• 4.4.2 改进前后分析结果对比49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 加工中心镗削系统热-结构耦合分析52-69
• 5.1 镗削系统有限元模型的建立52
• 5.2 镗削系统静力分析52-55
• 5.3 镗削系统稳态温度场分析55-57
• 5.4 镗削系统热-结构耦合分析57-61
• 5.5 镗削系统变形的误差补偿61-68
• 5.5.1 补偿原理61-63
• 5.5.2 补偿力的拟合曲线63-64
• 5.5.3 拉杆的设计64-65
• 5.5.4 补偿效果分析65-68
• 5.6 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果76-77
• 致谢77-78

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