立式加工中心M4.5主轴热特性分析测试与优化

发布时间：2023-09-16 19:48

　　装备制造业的建设现已经转变为我国国民经济的主体,在制造业中大部分的产品都是由数控机床加工生产的,高性能的数控机床应用越来越广泛,经研究显示,数控机床产生的热误差占总误差较大一部分,热特性变化是数控机床加工精度的关键决定性因素,由此对数控机床进行热特性分析显得尤为重要,减少加工过程中由热量影响产生的误差是提高机床加工精度的有效措施之一。本文以沈阳机床集团生产的立式加工中心M4.5为研究对象,对其主轴系统进行热特性理论模型的建立,使用有限元分析软件ANSYS对其主轴系统及整机关键部件进行温升和热变形进行理论分析,针对立式加工中心M4.5主轴系统做温升及热变形的相关实验,最后在保证结构性能的基础上对主轴箱体进行了结构优化。本文主要研究以下内容。(1)通过查阅大量文献,了解到国内外对于加工中心热特性的研究现状,并对结合面热阻进行了分析,以热力学为基础,采用热-力耦合方法进行有限元分析,确定本次课题的研究内容与方法思路,为加工中心热特性的后续研究提供明确方向。(2)由热变形机理建立出理论数学模型,根据立式加工中心M4.5的结构做出分析,使用CATIA软件建立立式加工中心三维模型,并且定义属性与材...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究背景
    1.2 课题研究目的及意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 数控机床热特性研究现状
        1.3.2 结合面热阻研究现状
    1.4 本文研究内容
    1.5 本章小结
第2章 热特性理论与有限元模型建立
    2.1 立式加工中心主轴系统热变形机理
    2.2 传热的基本方式
    2.3 热特性理论分析
        2.3.1 温度场数学模型的建立
        2.3.2 热变形理论方程的建立
    2.4 有限元方法及软件介绍
        2.4.1 有限元方法介绍
        2.4.2 有限元处理软件
    2.5 立式加工中心整体结构简介
        2.5.1 立式加工中心M4.5 结构及功能概述
        2.5.2 立式加工中心基本参数
    2.6 立式加工中心有限元模型建立
    2.7 本章小结
第3章 立式加工中心M4.5 主轴系统有限元分析
    3.1 热学参数确定
        3.1.1 轴承发热量计算
        3.1.2 加工中心主轴系统边界条件计算
    3.2 结合面热-力学参数确定
        3.2.1 机械结合面力学参数
        3.2.2 机械结合面热学参数
    3.3 立式加工中心主轴系统温度场分析
        3.3.1 稳态温度场分析
        3.3.2 瞬态温度场分析
    3.4 立式加工中心主轴系统热变形
    3.5 整机关键部件的热特性分析
        3.5.1 整机关键部件温度场分析
        3.5.2 整机关键部件热变形分析
    3.6 本章小结
第4章 立式加工中心热特性测试与分析
    4.1 实验总体方案
    4.2 实验仪器装置
        4.2.1 位移传感器的选择
        4.2.2 主轴回转误差分析仪的工作原理
        4.2.3 主轴回转误差分析仪分析内容
    4.3 实验工况条件的设计
    4.4 实验前处理
        4.4.1 实验测点的选择原则
        4.4.2 传感器的布置
    4.5 实验结果分析
        4.5.1 主轴系统温升实验结果
        4.5.2 主轴系统热变形实验结果
    4.6 实验测量值与理论值比较结果
    4.7 本章小结
第5章 立式加工中心主轴箱体结构优化
    5.1 主轴箱体热变形分析及优化方案
        5.1.1 主轴系统热变形分析
        5.1.2 优化方案分析
    5.2 结构布局优化设计
        5.2.1 优化后温度分布情况
        5.2.2 优化后主轴系统热变形
    5.3 尺寸优化设计
        5.3.1 优化方法选择
        5.3.2 优化参数选择
    5.4 优化结果分析对比和结论
        5.4.1 优化结果分析对比
        5.4.2 优化结论
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
致谢



本文编号：3847091