螺栓预紧序列与机床精度保持的相关性研究

发布时间：2017-12-01 19:12

  本文关键词：螺栓预紧序列与机床精度保持的相关性研究

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【摘要】：国产高档数控机床在服役过程中普遍暴露出精度保持性差的问题,己成为制约其竞争力的瓶颈。大型/重型数控机床的床身安装大都采用地脚螺栓分布预紧方式。其安装后几何精度保持性是影响机床整体性能和服役精度的关键。地脚螺栓组依次预紧时的螺栓间弹性相互作用与预紧后地脚螺栓蠕变松弛会导致床身几何尺寸发生变化,使机床精度保持性降低。本文针对数控机床几何精度难以保持的问题,开展了螺栓间弹性相互作用与螺栓蠕变松弛的研究工作。主要研究内容包括如下方面：本文通过简化多螺栓连接结构为弹簧一节点模型并引入弹性交互刚度的概念,建立了适用于任意结构的多螺栓弹性相互作用通用模型。结合基于时效硬化的幂律模型,建立了多螺栓蠕变松弛中螺栓预紧力变化通用模型。通过弹性相互作用通用模型并借助数值模拟方法,计算、分析了不同载荷水平、螺栓间距、连接件结构对弹性相互作用影响。结果表明,螺栓间距对弹性相互作用影响显著；载荷水平与轴向、交互刚度及弹性影响半径无关。以螺栓预紧施工过程为研究对象,对螺栓组预紧过程进行了数值模拟与实验,验证了弹性相互作用通用模型,分析了弹性相互作用对螺栓组残余预紧力分布的影响规律。结合机床地脚螺栓分布、内埋的预紧特点,提出了基于最小安装变形误差和均匀残余预紧力的地脚螺栓预紧规划方法。设计了数控机床地脚螺栓多预紧序列,量化分析了地脚螺栓组不同预紧序列对导轨安装面、残余预紧力的影响。结果表明,该方法能够实现数控机床地脚螺栓预紧顺序的合理规划。虑及预紧力下降中弹性相互作用与常温蠕变松弛的共同作用,建立模型分析了螺栓蠕变松动时蠕变力变化规律,设计了数控机床地脚螺栓蠕变模拟分析模型,量化分析了地脚螺栓长期蠕变松弛对机床几何精度衰退的影响规律。通过9000小时的螺栓蠕变模拟,地脚螺栓预紧力松弛比重为14%,床身导轨安装面直线度和平行度的相对衰退量分别为3.2 μm和2.4μm。结果表明,所建立的模型对大型数控机床基础件的螺栓预紧优化和几何精度保持能力的提升具有指导意义和工程价值。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659

【参考文献】

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1 池海宁;;数控机床热变形产生的原因及控制措施[J];机械工程与自动化;2006年04期

2 胡敏;余常武;赵万华;寸花英;袁胜万;张文凯;;机床基础大件振动时效工艺参数优化方法[J];中国机械工程;2014年23期

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本文编号：1242143