高速数控机床滚珠丝杠系统热特性研究
发布时间：2020-12-09 18:19
随着航空航天和船舶行业的发展,各类工业产品对机床的要求也变得越来越高,而滚珠丝杠副因其高精度、高效率以及高刚度的特点,通常是高速数控机床进给驱动系统的主要执行部件,其性能直接影响机床的运行状态和加工精度。机床在运行的过程中,滚珠丝杠进给系统中的接触区域会产生大量的热,这些热如果无法及时散去,就会导致进给系统中机械部件温度的上升,从而引起热变形,而热变形是影响丝杠精度的主要因素,因此,研究滚珠丝杠的热特性有利于提高机床的加工精度,对降低机床的加工误差有着重要的意义。本文的主要研究内容如下:首先,通过查阅国内外文献资料及调研实习,认识不同的滚珠丝杠副系统,了解它的工作原理及组成,并分析引起丝杠温度变化的因素,以热力学理论为基础,进行理论建模。其次,在Pro/E软件中建立并简化空心滚珠丝杠系统的三维模型,然后将其导入ANSYS中进行仿真分析,得到空心丝杠的温度场以及空心丝杠和螺母随时间的温度变化情况,通过分析空心丝杠的温度和变形,讨论不同工况及不同冷却策略对空心滚珠丝杠系统精度的影响,为空心丝杠的冷却策略及工况选择提供理论依据。最后,以汉江机床厂提供的滚珠丝杠副为实验对象,在HJS64丝杠强...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数控机床的结构简图
进给系统的结构
高速数控机床滚珠丝杠系统热特性研究10图2.2空心滚珠丝杠副的结构2.1空心滚珠丝杠系统生热理论建模对空心滚珠丝杠系统进行生热理论建模，首先要了解它的热源，引起空心丝杠温度上升的热源主要有三个：空心丝杠两端轴承的旋转摩擦生热、空心丝杠与螺母的旋转摩擦生热、电动机功率损耗生热[52]。接下来分析各个热源的热传导途径：轴承产生的热量通过内圈传递到空心丝杠两端，引起空心丝杠的热变形；丝杠螺母副产生的热量通过螺母的移动传递到空心丝杠各处，引起空心丝杠的热变形；电机产生的热量通过联轴器传递到空心丝杠上面，引起空心丝杠的热变形。最后以热力学理论为基础，计算各个热源生热量的大校2.1.1轴承生热建模轴承在进给系统中起支撑和固定空心丝杠的作用，用来控制空心丝杠轴向和径向的运动，轴承的热量主要通过摩擦产生，生热量的大小与转速和摩擦力矩有关，其生热量的大小可由下式计算[53]：Q1047.0nM(2.1)式中：M——轴承的摩擦力矩，N·mn——轴承转速，r/min轴承的摩擦力矩受转速、润滑剂等多种因素的影响[54]，因此在计算它的大小时必须进行综合的考虑，通过查阅文献资料，轴承摩擦力矩的大小可由下式计算[55]：10MMM(2.2)式中：0M——与轴承的类型、转速以及所用润滑油性质有关的摩擦力矩，N·m1M——与轴承所受负荷有关的摩擦力矩，N·mM0反映了润滑剂流体动力损耗，计算公式如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]精密滚珠丝杠螺母副热平衡-温升特性仿真研究[J]. 商鹏,高长建,韩忠建,刘腾,高卫国,张建军,张大卫. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(07)
[2]数控机床空心丝杠进给轴热误差补偿研究[J]. 刘宏伟,杨锐,向华,李波. 组合机床与自动化加工技术. 2019(03)
[3]中空/实心滚珠丝杆温升及热误差试验与分析[J]. 李国森,王柱,王天雷,梁志伟,曾伟强. 机电工程技术. 2019(01)
[4]机床滚珠丝杠系统热模型[J]. 史晨阳,陈秀梅. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2018(06)
[5]空心/实心滚珠丝杠机床伺服进给系统热特性分析[J]. 马艳雪,张玲聪. 机床与液压. 2018(19)
[6]考虑热特性的双丝杠进给系统同步误差实验与分析[J]. 韩兴,胡小秋,周义成. 组合机床与自动化加工技术. 2018(07)
[7]数控机床进给系统热误差自适应解析模型[J]. 李铁军,赵春雨,张义民. 东北大学学报(自然科学版). 2018(06)
[8]智能数控机床进给系统热特性分析与实验研究[J]. 宗宇鹏. 科技风. 2018(16)
[9]航空机匣加工中心热分析及热结构研究[J]. 王刘影,陈秀梅. 组合机床与自动化加工技术. 2018(01)
[10]镗铣加工中心进给系统热误差检测实验研究[J]. 孙军,郎姝,孔碧溪. 组合机床与自动化加工技术. 2017(10)
硕士论文
[1]高速滚珠丝杆副机械特性分析[D]. 宗帅.青海大学 2016
[2]数控机床进给系统关键功能部件的热特性研究[D]. 李虎.东北大学 2014
[3]重型数控落地铣镗床热特性研究及优化设计[D]. 李俊杰.电子科技大学 2014
[4]龙门加工中心进给系统温度场与热变形研究[D]. 刘宝俊.南京航空航天大学 2013
[5]高速滚珠丝杠进给系统动态性能检测与热特性研究[D]. 陈祯.兰州理工大学 2012
[6]机床滚珠丝杠系统热特性分析及其热变形补偿[D]. 何震.西南交通大学 2009
[7]机床进给系统热态特性的数值仿真研究[D]. 郭学祥.华中科技大学 2007
本文编号：2907283
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数控机床的结构简图
进给系统的结构
高速数控机床滚珠丝杠系统热特性研究10图2.2空心滚珠丝杠副的结构2.1空心滚珠丝杠系统生热理论建模对空心滚珠丝杠系统进行生热理论建模，首先要了解它的热源，引起空心丝杠温度上升的热源主要有三个：空心丝杠两端轴承的旋转摩擦生热、空心丝杠与螺母的旋转摩擦生热、电动机功率损耗生热[52]。接下来分析各个热源的热传导途径：轴承产生的热量通过内圈传递到空心丝杠两端，引起空心丝杠的热变形；丝杠螺母副产生的热量通过螺母的移动传递到空心丝杠各处，引起空心丝杠的热变形；电机产生的热量通过联轴器传递到空心丝杠上面，引起空心丝杠的热变形。最后以热力学理论为基础，计算各个热源生热量的大校2.1.1轴承生热建模轴承在进给系统中起支撑和固定空心丝杠的作用，用来控制空心丝杠轴向和径向的运动，轴承的热量主要通过摩擦产生，生热量的大小与转速和摩擦力矩有关，其生热量的大小可由下式计算[53]：Q1047.0nM(2.1)式中：M——轴承的摩擦力矩，N·mn——轴承转速，r/min轴承的摩擦力矩受转速、润滑剂等多种因素的影响[54]，因此在计算它的大小时必须进行综合的考虑，通过查阅文献资料，轴承摩擦力矩的大小可由下式计算[55]：10MMM(2.2)式中：0M——与轴承的类型、转速以及所用润滑油性质有关的摩擦力矩，N·m1M——与轴承所受负荷有关的摩擦力矩，N·mM0反映了润滑剂流体动力损耗，计算公式如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]精密滚珠丝杠螺母副热平衡-温升特性仿真研究[J]. 商鹏,高长建,韩忠建,刘腾,高卫国,张建军,张大卫. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(07)
[2]数控机床空心丝杠进给轴热误差补偿研究[J]. 刘宏伟,杨锐,向华,李波. 组合机床与自动化加工技术. 2019(03)
[3]中空/实心滚珠丝杆温升及热误差试验与分析[J]. 李国森,王柱,王天雷,梁志伟,曾伟强. 机电工程技术. 2019(01)
[4]机床滚珠丝杠系统热模型[J]. 史晨阳,陈秀梅. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2018(06)
[5]空心/实心滚珠丝杠机床伺服进给系统热特性分析[J]. 马艳雪,张玲聪. 机床与液压. 2018(19)
[6]考虑热特性的双丝杠进给系统同步误差实验与分析[J]. 韩兴,胡小秋,周义成. 组合机床与自动化加工技术. 2018(07)
[7]数控机床进给系统热误差自适应解析模型[J]. 李铁军,赵春雨,张义民. 东北大学学报(自然科学版). 2018(06)
[8]智能数控机床进给系统热特性分析与实验研究[J]. 宗宇鹏. 科技风. 2018(16)
[9]航空机匣加工中心热分析及热结构研究[J]. 王刘影,陈秀梅. 组合机床与自动化加工技术. 2018(01)
[10]镗铣加工中心进给系统热误差检测实验研究[J]. 孙军,郎姝,孔碧溪. 组合机床与自动化加工技术. 2017(10)
硕士论文
[1]高速滚珠丝杆副机械特性分析[D]. 宗帅.青海大学 2016
[2]数控机床进给系统关键功能部件的热特性研究[D]. 李虎.东北大学 2014
[3]重型数控落地铣镗床热特性研究及优化设计[D]. 李俊杰.电子科技大学 2014
[4]龙门加工中心进给系统温度场与热变形研究[D]. 刘宝俊.南京航空航天大学 2013
[5]高速滚珠丝杠进给系统动态性能检测与热特性研究[D]. 陈祯.兰州理工大学 2012
[6]机床滚珠丝杠系统热特性分析及其热变形补偿[D]. 何震.西南交通大学 2009
[7]机床进给系统热态特性的数值仿真研究[D]. 郭学祥.华中科技大学 2007
本文编号：2907283
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