机床结构热主动控制装置与方法研究及应用

发布时间：2021-05-20 22:02

　　在高速高精度的极限加工条件下,结构热变形是影响精密/超精密数控机床加工精度的主要原因之一。目前关于机床结构热变形主动控制方面的研究较少,因此,有效抑制或预防机床结构的热变形亟待解决。针对上述问题,本文提出一种基于外部温控装置的结构热变形主动控制策略,从数值仿真和实验验证的角度,阐述控制方法的原理及可行性,并借助循环冷却液换热技术,开发一种适用于机床结构件热主动控制装置。主要工作如下:针对热主动控制装置应用条件,提出设计过程所需遵循的设计原则;然后基于Fluent数值分析方法,对比分析常见流道拓扑结构,提出一种新型流道拓扑结构;最后,通过单因素分析的方法,探究各流道结构设计参数对工质流动及传热的影响规律。围绕设计原则,基于Isight多学科联合优化平台,搭建实验设计框架获得同一边界条件下温控板在不同结构尺寸参数下的流动及传热特性,通过综合性能评定函数选择最优设计参数组合,从而得到最优结构温控板。最后,通过矩形管内置扭带模型,探究扭带对其强化传热规律。搭建温控装置温控能力测试实验平台,研究不同隔热措施及不同入口条件对温控板温控能力的影响,验证上述温控板仿真设计流程及方法的正确性。借助ANS... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
    1.1 课题背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 机床热变形控制技术
        1.2.2 机床循环液体冷却技术
    1.3 存在的问题
    1.4 研究内容
第二章 温控装置内工质流动与传热分析
    2.1 引言
    2.2 温控装置设计概述
        2.2.1 温控装置介绍
        2.2.2 温控过程分析
        2.2.3 温控装置设计原则
    2.3 温控装置仿真建模
        2.3.1 温控装置仿真设置
        2.3.2 工质流动与传热计算
    2.4 流道拓扑结构对工质流动与传热分析
        2.4.1 常见流道拓扑结构
        2.4.2 新型流道拓扑结构
    2.5 流道结构尺寸对工质流动与传热分析
        2.5.1 相对缩减比例对工质流动与传热分析
        2.5.2 入口段截面积对工质流动与传热分析
        2.5.3 入口段深宽比对工质流动与传热分析
    2.6 本章小结
第三章 温控装置结构优化及强化传热
    3.1 引言
    3.2 温控装置结构优化设计
        3.2.1 基于Isight优化平台实验设计流程搭建
        3.2.2 实验设计计算结果分析
    3.3 入口条件对工质流动与传热影响
        3.3.1 入口温度对工质流动与传热影响
        3.3.2 入口流量对工质流动与传热影响
    3.4 温控装置强化传热策略
        3.4.1 扭带仿真建模
        3.4.2 扭带结构参数对工质流动及换热影响
        3.4.3 扭带对不同尺寸矩形管传热及流动贡献度
    3.5 本章小结
第四章 温控装置温控能力实验验证
    4.1 引言
    4.2 实验设备介绍
        4.2.1 差异化温控系统
        4.2.2 实验温控板及恒温加载设备
    4.3 实验参数测量及计算
        4.3.1 温控板表面温度测量
        4.3.2 温控板表面间温差计算
        4.3.3 温控板结合面热阻计算
    4.4 实验结果过程及结果分析
        4.4.1 温控板保温方式选择
        4.4.2 入口条件对温控能力的影响
        4.4.3 数值仿真与实验误差分析
    4.5 本章小结
第五章 基于热主动控制的机床结构热变形规律研究
    5.1 引言
    5.2 机床立柱热变形仿真分析
        5.2.1 模型简化及工况载荷
        5.2.2 仿真结果提取及分析
    5.3 立柱热变形主动控制仿真分析
        5.3.1 机床热变形主动控制流程
        5.3.2 温控单元对立柱热变形影响规律
        5.3.3 机床热变形主动控制结果
    5.4 立柱热变形主动控制策略实验验证
        5.4.1 机床热变形末端误差测试
        5.4.2 机床热变形测试结果分析
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[3]高速高精度机床热分析与热设计技术[J]. 高建民,史晓军,许艾明,赵博选.  中国工程科学. 2013(01)
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博士论文
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硕士论文
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[4]U型流道冷板流量分布及散热特性的研究[D]. 胡争光.电子科技大学 2014
[5]基于流—固—热耦合的机床进给系统热特性仿真与实验研究[D]. 王羽.天津大学 2014
[6]串联通道水冷散热器的建模与优化[D]. 李学康.电子科技大学 2013
[7]分形树状结构微通道的实验与模拟研究[D]. 于翔飞.华中科技大学 2012
[8]大功率LED液冷散热系统的研究[D]. 梁雪艳.浙江大学 2012



本文编号：3198503