精密机床进给系统热变形对重复定位精度的影响研究

发布时间：2020-03-21 08:05

【摘要】：数控机床的重复定位精度是反映机床性能优劣的一项重要指标,是影响一批零件加工一致性的重要因素。数控机床进给系统会因各部件之间的相对运动摩擦而产生热变形,严重影响重复定位精度。因此研究进给系统热变形对重复定位精度的影响具有重要的工程意义。本文以单轴重复定位误差机理研究试验台的进给系统为对象,研究了进给系统热变形对运动误差和重复定位精度的影响。主要研究内容如下:(1)设计了单轴重复定位误差机理研究试验台,确定了试验台的主要技术参数,优化了床身和工作台的结构及刚度;分析并简化了进给系统有限元模型,建立了导轨和滑块、丝杠和螺母间的等效弹簧模型,计算并验证了弹簧模型的等效刚度。(2)基于热力学理论,介绍了温度场和热变形的基本方程,建立了进给系统主要热源的理论模型,得到了进给系统的主要热源的生热量以及对流散热系数,计算并确定了仿真过程中的边界条件和相关参数,阐述了有限元分层仿真的具体流程。(3)应用分层仿真方法对运动误差和重复定位精度进行了仿真计算,分析了丝杠层的温度场和结构场,得到了不同运行次数下的丝杠和导轨的热变形,以丝杠和导轨的热变形作为弹簧原长的变化量输入到工作台层的结构场分析中模拟工作台的运动,得到了工作台层的结构场,提取工作台的变形量,计算运动误差和重复定位误差;分析了不同影响因素对重复定位精度的影响规律。(4)以单轴重复定位误差机理研究试验台为实验对象,开展了重复定位精度热特性实验,通过对不同状态下的实验数据进行分析,得到了进给系统热变形对重复定位精度的影响规律,验证了有限元仿真模型的正确性。针对实验结果和仿真结果提出了抑制重复定位误差的措施,用于提高重复定位精度。论文研究了进给系统热变形对重复定位精度的影响规律,同时提出了一种新的丝杠螺母副有限元建模方法和分层仿真的方法,为进给系统有限元仿真提供了新的思路。
【图文】：

示意图,滚珠,受力,示意图

第二章进给系统有限元建模滚珠丝杠副有限元模型可等效为实体单元和接触单元[34]，本节主要对滚珠丝杠副的滚珠接触单元进行了有限元建模。对于滚珠，首先分析它的受力，计算滚柱在切向和法向的分力；然后根据赫兹接触理论，分析滚珠的接触变形，获得应力与变形之间的关系，并推导出计算公式，接着对接触刚度进行计算，最后将滚珠等效为弹簧，并进行等效转换。2.3.1 滚珠丝杠螺母副受力分析滚珠丝杠螺母副的结构比较复杂，且滚珠的数目也比较多，如果直接研究所有滚珠的受力情况非常困难，，所以我们对一个滚珠的受力进行了分析，从而得出所有滚珠的受力情况。单个滚珠在滚珠丝杠副中所受到的摩擦阻力和预紧力分量很小[33]，所以我们在分析法向载荷时，一般将其忽略不计。图 2-4 描述了滚珠丝杠螺母副在工作过程中，滚珠的受力情况。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659

【参考文献】