五轴机床热误差机理与综合误差补偿策略研究

发布时间：2017-09-09 13:10

  本文关键词：五轴机床热误差机理与综合误差补偿策略研究

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【摘要】：随着复杂几何零件的广泛应用,零件加工精度要求越来越高。多轴数控机床作为加工母机,机床精度直接影响零件加工精度。而误差是影响机床精度的关键因素之一,而几何误差与热误差约占机床总误差70%左右。本文以自主研发的五轴机床为例,致力于研究热误差的机理、机床主轴的热态特性、进给轴热和几何误差的测量、分离、建模方法以及误差补偿策略等内容。本文主要研究工作包括以下几点：1针对机床移动副、转动副及主轴的误差项进行分析,研究主轴热变形机理与热特性理论。2创建主轴有限元分析模型,计算主轴的热边界条件,研究在约束边界条件下主轴的温度场及热变形,并分析原因。分析主轴在不同转速下热变形情况。热误差是不容忽视的因素,提出改善主轴热变形的措施。3研究机床导轨在几何误差和热误差影响下定位误差与温度的测量方法。根据不同温升下的定位误差曲线变化规律,分离几何与热误差,分别创建几何和热误差的模型,最后求得综合误差模型。4研究综合误差补偿策略,提出基于测量技术的误差补偿方法。
【关键词】：五轴数控机床主轴 热态特性 误差检测 综合误差建模 误差补偿
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 课题研究背景7-8
• 1.1.1 课题来源7
• 1.1.2 研究背景与意义7-8
• 1.2 国内外研究现状8-11
• 1.2.1 机床热特性研究现状8
• 1.2.2 误差测量研究现状8-9
• 1.2.3 误差建模的研究现状9-10
• 1.2.4 误差补偿方法的研究现状10-11
• 1.3 本文主要内容11-13
• 第二章 数控机床误差分析13-24
• 2.1 引言13
• 2.2 数控机床误差分类13-14
• 2.3 机床运动部件误差分析14-17
• 2.3.1 移动副误差分析14-15
• 2.3.2 转动副误差分析15
• 2.3.3 垂直度误差分析15-16
• 2.3.4 主轴的误差分析16-17
• 2.4 热态性能分析17-23
• 2.4.1 热传递方式17-19
• 2.4.2 热分析类型19-20
• 2.4.3 温度场20
• 2.4.4 导热微分方程20-22
• 2.4.5 定解条件22-23
• 2.4.6 温度场求解方法23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 五轴数控机床主轴热特性分析24-45
• 3.1 引言24-25
• 3.2 热分析方法与过程25-27
• 3.2.1 建立有限元模型25-26
• 3.2.2 网格划分26-27
• 3.3 ANSYS热—结构耦合分析27-29
• 3.3.1 ANSYS热—结构耦合分析原理27-28
• 3.3.2 ANSYS热—结构耦合分析步骤28-29
• 3.4 主轴系统的有限元模型29-30
• 3.5 生热率计算30-33
• 3.5.1 主轴电机损耗生热30-32
• 3.5.2 静压轴承的摩擦生热32-33
• 3.5.3 电机生热率计算33
• 3.5.4 空气轴承的生热率计算33
• 3.6 空气静压电主轴换热系数计算33-36
• 3.6.1 电机定子与转子对流传热34
• 3.6.2 转轴及转子与周围空气的对流传热34
• 3.6.3 静压轴承与高速空气流之间的对流传热34-35
• 3.6.4 主轴外壳与空气间对流传热35
• 3.6.5 换热系数确定35-36
• 3.7 静压主轴稳态热分析36-38
• 3.8 静压主轴瞬态热分析38-40
• 3.9 静压主轴热变形分析40-42
• 3.10 不同转速对主轴变形的影响42-43
• 3.11 改善主轴热变形措施43-44
• 3.12 本章小结44-45
• 第四章 基于定位误差测量技术的机床综合误差补偿策略研究45-60
• 4.1 引言45
• 4.2 五轴数控机床结构分析45-46
• 4.3 导轨温度和定位误差测量46-52
• 4.3.1 实验平台设计方案46-47
• 4.3.2 定位误差测量与仪器47-48
• 4.3.3 温度测量与仪器48-51
• 4.3.4 测量结果51-52
• 4.4 定位误差建模52-56
• 4.4.1 几何误差部分建模52-54
• 4.4.2 热误差部分建模54-56
• 4.4.3 综合误差模型56
• 4.5 综合误差补偿策略56-59
• 4.5.1 误差补偿控制方式57-58
• 4.5.2 误差补偿方法58-59
• 4.5.3 基于测量技术的误差补偿策略59
• 4.6 本章小结59-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 5.1 全文总结60
• 5.2 展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-70
• 作者简介70
• 攻读硕士学位期间研究成果70-71

【参考文献】

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本文编号：820619