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HTM850G数控加工中心主轴系统的热特性研究

作　者: 曹骏
导　师: 应济
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 接触热阻 主轴系统 ANSYS耦合 热特性 加工中心
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 317次
引　用: 3次
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内容摘要


机床的热态问题一直阻碍加工精度进一步提高，热控制技术是研制高精度机床工作中急待解决的关键技术之一。主轴系统是高精度机床的核心部件，因此主轴系统的设计在机床的研制过程中占据重要的地位。本文以宁波海天集团新开发的产品HTM850G型数控加工中心为研究对象建立主轴系统温度场和热变形的有限元模型，并在计算分析中研究解决核心部件主轴系统的热变形问题，考虑接触热阻的影响，提出了减少热变形的方法。本文的主要研究内容如下：1．建立了接触热阻的计算模型，分析了影响接触热阻大小的各种因素。提出了适用于工程应用的半经验计算模型并利用此模型对主轴系统中的接触区域进行接触热阻的计算。2．建立了温度场计算的数学模型，建立了基于弹性力学、热变形方程、耦合方程和有限元理论的热变形数学模型，并给出了热-结构耦合分析的具体方法。3．根据机床工作参数和工作状况，确定了主轴系统的热源和边界条件，论述了ANSYS有限元分析的过程及建模技术。4．在考虑接触热阻和不考虑接触热阻两种情况下，对建立的主轴系统温度场模型的分析结果进行比较，论证了其对计算结果的影响，并将计算结果与实验测量结果进行对比，验证新模型更加准确可靠。5．利用温度场分析结果，对主轴系统进行热变形分析，将计算与实验测试值进行比较，验证了计算结果的准确性，并对主轴系统进行结构优化，提出了有效改善主轴系统热特性的方案。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 研究的目的和重要性  8-10
    1.1.1 精密机床的发展与应用  8-9
    1.1.2 机床的热变形机理  9-10
  1.2 研究现状  10-13
    1.2.1 机床热变形研究现状  10-11
    1.2.2 减少热误差方法的研究  11-12
    1.2.3 主轴及主轴系统热变形研究现状  12-13
  1.3 接触热阻的研究  13-14
    1.3.1 接触热阻研究的现状和意义  13-14
  1.4 课题简介及论文的研究内容  14-16
  1.5 本章小结  16-17
第二章 接触热阻特性分析及数值计算方法研究  17-27
  2.1 概述  17
  2.2 接触热阻的形成机理  17-19
  2.3 接触热阻的特性及数值计算方法研究  19-26
    2.3.1 研究现状  19-20
    2.3.2 接触热阻特性分析  20-22
    2.3.3 接触热阻的数值计算方法研究  22-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 有限元理论和应用  27-42
  3.1 概述  27
  3.2 温度场计算的有限元法  27-30
    3.2.1 温度场基本方程  27-28
    3.2.2 温度场的数学模型及边界条件  28-30
  3.3 热-结构耦合分析有限元法  30-36
    3.3.1 耦合场分析有限元理论  30-33
    3.3.2 ANSYS热-结构耦合分析  33-36
  3.4 ANSYS接触问题的计算方法  36-40
    3.4.1 接触状态分析  36-37
    3.4.2 接触问题的有限单元法  37-39
    3.4.3 ANSYS接触问题算法  39-40
  3.5 本章小结  40-42
第四章 机床主轴系统的热特性分析  42-64
  4.1 概论  42
  4.2 ANSYS温度场分析步骤  42-48
    4.2.1 有限元模型建立  42-48
    4.2.2 材料及单元属性定义  48
  4.3 主轴系统边界条件及热源计算  48-51
    4.3.1 热源计算  48-49
    4.3.2 换热系数的确定  49-50
    4.3.3 接触热阻的确定  50-51
  4.4 主轴系统温度场分析  51-54
  4.5 主轴系统热变形分析  54-60
    4.5.1 主轴变形检验标准  54-55
    4.5.2 热变形分析  55-57
    4.5.3 主轴热变形测量实验  57-60
  4.6 HTM850G加工中心主轴系统的优化方案  60-62
  4.7 本章小结  62-64
第五章 结论与展望  64-66
  5.1 论文的结论  64-66
参考文献  66-70
附录  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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