录磁机热变形研究

发布时间：2020-11-20 06:59

　　 同精度很高但工作条件苛刻的光栅尺相比,磁栅尺由于其较高的可靠性,低成本,强抗干扰性,耐油、耐污垢,在有粉尘的场合也适用,因而在直线距离和角度的几何测量方面更适合于环境恶劣的工业现场。磁栅尺的精度取决于录磁机在进行录磁时在磁性尺上录制的N-S极条纹的节距误差,而录磁机作为高精密机械,受到外部热源的影响使机床上温度的分布不均匀,床身上的导轨出现不规则非线性的热变形,影响录磁机工作精度,所以分析各个热源对录磁机温度场与导轨热变形的影响,以此为依据提出误差补偿方案,对于提高磁栅尺的精度起到了关键性的作用。本文以上海市平信机电制造有限公司(SPM)的三米磁栅录磁机为主要研究对象,讨论了录磁机录磁原理、机床热变形、机床误差建模、机床误差补偿技术的国内外研究现状及发展趋势,建立了多个热源作用下的录磁机三维有限元模型,分析了录磁机温度场和导轨热变形的分布,探讨了录磁机工作现场多处热源对其温度分布的影响,同时也分析了床身上的导轨因受热或遇冷而产生不规则热变形时的规律,具体研究的内容如下:首先,在流体分析软件Fluent中建立录磁机温度场的计算模型,将模型计算结果同录磁机工作现场实测的结果进行对比,以验证计算模型的可靠性。然后,采用控制变量的方法,分析各个影响因素对录磁机温度场分布的影响情况。为分析录磁机导轨的热变形情况,首先在软件Fluent中计算出机床的温度场,以此结果作为温度载荷并导入到有限元分析软件ANSYS,添加边界条件进行计算,得到录磁机导轨在长度方向发生变形的分布情况。同样采用控制变量的方法,分析各个影响因素对导轨长度方向热变形与经过线性补偿之后残余误差的影响情况。采用多项式拟合和多元线性回归的方法,对经过线性补偿之后的导轨残余误差进行建模,并验证模型的可靠性。最后,对全文所做的工作进行了全面的梳理,同时对如何进一步改善录磁机录磁精度这一研究方向进行了展望。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TG502.37
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题来源与研究背景
    1.2 课题研究的意义
        1.2.1 直线式磁栅尺的原理
        1.2.2 直线式磁栅尺的录磁原理
    1.3 机床热变形机理与国内外研究现状
        1.3.1 机床热变形机理
        1.3.2 机床热特性的国内外研究现状
    1.4 机床误差建模的国内外研究现状
    1.5 误差补偿的国内外研究现状
    1.6 论文研究内容与总体结构
第二章 热分析理论基础与仿真模型的建立
    2.1 热传递的基本方式及定律
        2.1.1 热传递的方式
        2.1.2 热分析分类
    2.2 CFD数值方法和Fluent软件介绍
    2.3 计算模型的建立过程
        2.3.1 机床模型
        2.3.2 简化后的几何模型并导入
        2.3.3 划分网格
        2.3.4 边界类型
        2.3.5 加载
        2.3.6 计算结果的输出
    2.4 温度计算模型的验证
    2.5 各项参数对录磁机温度的影响
        2.5.1 滑台的位置对录磁机温度的影响
        2.5.2 空调送风温度对录磁机温度的影响
        2.5.3 空调送风速度对录磁机温度的影响
        2.5.4 墙温对录磁机温度的影响
        2.5.5 地温对录磁机温度的影响
    2.6 本章小结
第三章 基于ANSYS的录磁机导轨热变形研究
    3.1 ANSYS软件介绍
    3.2 录磁机ANSYS模型的建立
        3.2.1 录磁机Fluent模型的转换
        3.2.2 材料力学性能参数
        3.2.3 约束位置的确定
        3.2.4 计算结果的输出
    3.3 各项参数对录磁机导轨热变形与剩余误差的影响
        3.3.1 滑台的位置对录磁机导轨热变形与剩余误差的影响
        3.3.2 空调送风温度对录磁机导轨热变形与剩余误差的影响
        3.3.3 空调送风速度对录磁机导轨热变形与剩余误差的影响
        3.3.4 墙壁温度对录磁机导轨热变形与剩余误差的影响
        3.3.5 地面温度对录磁机导轨热变形与剩余误差的影响
    3.4 本章小结
第四章 录磁机热误差建模
    4.1 录磁机热误差建模
    4.2 多元线性回归方法确定多项式系数同余变量的关系
        4.2.1 多元线性回归原理
        4.2.2 Excel软件多元线性回归
        4.2.3 残余误差数学模型的验证
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结与创新点
        5.1.1 本文总结
        5.1.2 本文创新点
    5.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的学术成果

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本文编号：2891121