学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

数控成形磨床关键部件热态分析

作　者: 刘昌华
导　师: 胡旭晓
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 热特性热网络温度场磨床主轴系统立柱
分类号: TG596
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 146次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着机床朝着高速切削、高进给速度、高加工精度方向的发展,对机床的加工精度和热稳定性提出了更高的要求。对机床的加工精度影响较大的误差源中,热误差引起的误差占总加工误差的40%-70%。机床的热态特性对提高机床的加工精度具有十分重要的意义。本课题结合浙江省重大科技专项工业项目(2008C010261-1)资助项目(高性能七轴五联动数控成形磨床及关键技术研究),以高性能数控成形磨床为研究对象,采用热网络节点法对数控成形磨床的关键部件——主轴系统和磨床的立柱进行了热态研究。本文的主要研究内容如下:第一章,总结了目前国内外对机床热态特性及热网络方法的研究现状,结合本课题的背景和来源,提出对本文研究对象成形磨床的关键部件主轴系统和磨床立柱采用热网络分析法进行热态分析。第二章,论述了热传导基础理论的三种基本传热方式和温度场分析的基本要素,结合三种基本传热方式分析了本文研究对象数控成形磨床的传热方式。第三章,阐述了热网络法的基本思想和基本步骤,并找出本文研究对象数控成形磨床的热结构特征及热源,结合热作用的机理,为后续建立成形磨床的关键部件的热网络模型做好铺垫。第四章,对磨床的关键部件主轴系统结构进行分析,找出主轴系统的主要热源,推导了热源的计算公式。在一定的工况下,根据热量传递路线,对主轴系统采用热网络节点法划分节点,计算了各部件的对流换热系数,根据不同的传热方式进行热阻划分,并推导了各类热阻的计算公式,建立了主轴系统的热平衡方程组,运用MATLAB求解热平衡方程组得到了温度节点的温度值,并考虑了影响节点温度的主要因素。第五章,对磨床的关键部件磨床立柱结构进行分析,找出磨床立柱的主要热源,运用热网络节点方法建立了磨床立柱进行物理模型单元体的划分,并求解了在一定的工况下立柱物理模型上关键温度节点的温度变化。将建模方法得到的分析结果与实验测量结果进行对比,验证了该方法的准确可靠性,并分析了误差产生的原因。将各种参数特性对磨床关键节点的影响进行了仿真分析,得到了各个参数特性对关键节点的影响规律。并运用主动热激励装置在满足建立的物理模型条件下,对磨床立柱进行热补偿,实验测量数据证实了热激励装置的有效性,为进一步开展热误差补偿提供了理论依据,对提高磨床的加工精度具有重要的实际价值。第六章,对全文的研究工作进行总结,并提出了一些新的设想,展望了下一步开展的研究工作。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
目次  10-12
第一章绪论  12-21
  1.1 前言  12-13
  1.2 国内外机床热态特性研究现状  13-16
    1.2.1 国外机床热态特性研究现状  13-14
    1.2.2 国内机床热态特性研究现状  14-16
  1.3 国内外热网络节点分析法的研究现状  16-18
  1.4 本课题的背景及来源  18-19
  1.5 本论文研究的主要内容  19-21
第二章热传导理论基础  21-30
  2.1 热量传递的三种基本方式  21-24
    2.1.1 热传导  21-22
    2.1.2 对流换热  22-23
    2.1.3 热辐射  23-24
  2.2 机床热传导理论基础  24-27
    2.2.1 温度场  24-25
    2.2.2 温度梯度  25-26
    2.2.3 热流密度  26
    2.2.4 导热微分方程及其边界条件的分类  26-27
  2.3 热分析计算方法  27-28
  2.4 本文所研究的数控成形磨床的传热方式  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章热网络模型的建立及机床热态分析  30-38
  3.1 热网络法简介  30
  3.2 热电相似原理  30-31
  3.3 网络分析法  31-33
  3.4 热网络分析法基本步骤  33
  3.5 数控成形磨床的结构特点及热源分析  33-36
    3.5.1 数控成形磨床的结构特点  33-35
    3.5.2 数控成形磨床的热源分析  35-36
  3.6 热变形机理  36-37
  3.7 本章小结  37-38
第四章数控成形磨床主轴系统的热态分析  38-61
  4.1 主轴系统的结构  38
  4.2 主轴轴承  38-39
  4.3 主轴系统的强制冷却系统  39-40
  4.4 主轴系统的主要热源  40
  4.5 主轴电机发热量计算  40-41
  4.6 主轴轴承发热  41-45
    4.6.1 轴承产生摩擦力矩的机理  41-43
    4.6.2 轴承的发热计算  43-45
  4.7 主轴传热机制  45-49
    4.7.1 轴承传热  45-46
    4.7.2 主轴部件的对流换热系数计算  46-47
    4.7.3 主轴与空气间的对流换热系数的确定  47-48
    4.7.4 轴承与润滑剂之间的对流换热系数  48
    4.7.5 主轴与外界空气之间的传热  48-49
  4.8 主轴系统的热网络模型建立  49-58
    4.8.1 主轴温度节点的布置及热网络图建立  49-51
    4.8.2 主轴热平衡系统中热阻的计算  51-56
    4.8.3 建立热平衡方程组  56-57
    4.8.4 热网络方程组的求解  57-58
  4.9 影响主轴系统温度分布的主要因素  58-60
    4.9.1 轴承转速的影响  58
    4.9.2 冷却液温度的影响  58-59
    4.9.3 润滑剂粘度大小的影响  59-60
  4.10 本章小结  60-61
第五章数控成形磨床立柱的热态分析  61-80
  5.1 数控成形磨床立柱的结构及热源分析  61
  5.2 加工过程中磨床立柱数学模型的建立  61-68
    5.2.1 采取3个单元体划分的数学模型的建立  62-65
    5.2.2 采取6个单元体划分的数学模型的建立  65-68
  5.3 实验测量数据与计算结果对比  68-75
    5.3.1 温度测量系统  68-69
    5.3.2 实验数据采集及对比  69-72
    5.3.3 主要参数特性分析  72-75
  5.4 磁座式半导体主动热激励装置  75-77
    5.4.1 磁座式半导体主动热激励装置设计  75-77
    5.4.2 实验结果  77
  5.5 机床热变形控制方法  77-79
    5.5.1 机床热结构的优化设计  77-78
    5.5.2 温度控制技术  78-79
    5.5.3 新材料的应用  79
  5.6 本章小结  79-80
第六章总结与展望  80-82
  6.1 研究总结  80-81
  6.2 展望  81-82
参考文献  82-86
附录  86-87
作者简历及在学期间所取得的科研成果  87

数控成形磨床关键部件热态分析

内容摘要

全文目录

相似论文