基于结合面的数控机床静动热态特性研究

发布时间：2017-05-22 15:12

  本文关键词：基于结合面的数控机床静动热态特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：对于精密数控加工中心而言,其静动热态特性对机床整机的加工精度影响很大。目前,针对于数控机床的研究多集中在整体性研究,而较少的考虑机床上各机械结合面对整机精度等性能的影响。本文围绕数控机床的结合面接触动力学问题,以BV系列精密机床产品为研究对象,研究探索其结合面的静、动热态接触性能建模与数字仿真的科学技术问题及一般方法,建立数控机床接触表面静动热态性能模型,为数控机床的性能设计及数字仿真提供方法。数控机床结合面和整机的静动态研究将大大提高数控机床整机性能和开发效率,促进我国机床整体水平迈上新台阶。 本文阐述了国内外对于机床动静热态性能的发展概况,对机床的动静热态特性进行了研究。本文主要进行了以下几个方面的研究： 首先通过理论分析了BV系列精密加工中心关键结合面类型及静动热态特性影响因素,并对影响机床结合面特性的动静热态参数进行分析。然后根据多体动力学、机构学理论建立结合面动静热态特性理论模型；并利用仿真技术和实验对模型进行修正和验证。通过实验方法对相关参数进行测量,为整机动静热态实验奠定基础。同时建立加工中心整机的有限元模型,进行数值模拟分析。分析出影响因素对结合面动静热特性的影响规律；同时根据实验结果对影响结合面的参数进行逐一测定。根据以上理论、仿真和实验所得数据和结论,将结合面的各种特征和参数综合到整机动力学模型中,分析结合面的特性对整机特性以及整机精度的影响。最后通过对机床整机模型的联合仿真和整机实验对分析结果进行进一步修正和验证。 具体过程为运用三维建模软件Pro/E和有限元分析软件Ansys建立了机床整机的有限元模型,并对其进行动静热态性能研究,并在此基础上,考虑结合面的影响,对机床整机进行了静应力分析、模态分析和热态分析,并通过实验手段分别对机床整机的动静热态特性进行实验,验证理论分析及有限元分析的合理性,分析了机床的主要薄弱环节并提出结构改进意见。研究了机床整机在稳态情况下温度场的分布及关键部位的热变形情况。 对于机床动态性能主要采用单点激励多点响应模态实验分析方法来获取完整模态参数,引入相干性函数分析测试信号的可靠性。最后通过模态实验结果和有限元计算结果对比分析,准确识别出加工中心关键振型的模态参数,为加工中心的动态优化设计提供可靠的基础。静态性能主要是研究数控加工中心主轴在静态力的作用下的变形情况,进而得到主轴系统的静态刚度,通过有限元方法的分析和实验方法的验证,获得机床刚度的薄弱环节并对机床结构的改善提供意见。热态性能主要是在机床热分析过程中考虑结合面间接触热阻的存在,得出在此情况下机床的热变形并在机床主轴空运转情况下测量关键点的热变形。
【关键词】：结合面特性 接触理论 静力分析 模态分析 热态分析 高速加工中心 有限元分析
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题的提出及背景11-13
• 1.2 课题研究的意义13
• 1.3 课题的国内外研究现状13-15
• 1.4 论文课题来源与研究内容15-20
• 1.4.1 课题来源15
• 1.4.2 课题的主要研究内容15-16
• 1.4.3 课题的研究对象16-17
• 1.4.4 课题技术路线17-20
• 第2章 结合面建模及特性研究20-39
• 2.1 结合面的性质分类及影响因素20-23
• 2.1.1 固定结合面20-21
• 2.1.2 移动结合面21
• 2.1.3 半固定结合面21-22
• 2.1.4 结合面影响因素22-23
• 2.2 结合面的等效动力学模型23-26
• 2.3 结合面等效动力学参数识别方法26-28
• 2.3.1 实验参数识别方法26
• 2.3.2 理论建模与动态实验相结合的系统辨识法26-28
• 2.4 结合面热态理论及分析28-33
• 2.4.1 热传递方式29-30
• 2.4.2 接触热阻及算例30-33
• 2.5 有限元在热态分析中的应用33-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第3章 数控机床整机建模39-48
• 3.1 机床整机建模39-43
• 3.1.1 机床床身建模40
• 3.1.2 机床立柱建模40-41
• 3.1.3 机床滑板建模41-42
• 3.1.4 机床工作台建模42
• 3.1.5 机床主轴箱建模42
• 3.1.6 整机三维模型42-43
• 3.2 整机模型简化43-45
• 3.3 模态综合法在整机动态特性的技术45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 数控机床整机仿真分析48-63
• 4.1 整机模态分析48-53
• 4.2 整机静态分析53-55
• 4.2.1 静态有限元分析53-54
• 4.2.2 结果讨论54-55
• 4.3 整机热态分析55-62
• 4.3.1 传热分析55-58
• 4.3.2 有限元模型的建立58-59
• 4.3.3 热载荷及有限元分析59-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 机床整机动静热态实验研究63-76
• 5.1 BV系列立式加工中心特性分析63-64
• 5.2 整机静态实验64-70
• 5.2.1 实验仪器设备65-66
• 5.2.2 实验步骤66-67
• 5.2.3 实验结果及数据处理67-70
• 5.3 整机动态实验70-74
• 5.3.1 实验仪器设备70-71
• 5.3.2 实验方案及过程71-73
• 5.3.3 实验结果分析73-74
• 5.4 整机热态实验概述74-75
• 5.5 本章小结75-76
• 第6章 结论76-78
• 6.1 论文主要工作76
• 6.2 论文结论76-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间的科研成果81-82
• 致谢82

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 唐林虎;窦琪东;高成秀;常文春;张军平;;基于ANSYS环境切削刃温度的有限元建模与多步反向仿真[J];兰州工业学院学报;2013年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 翁德凯;基于结合面的AV1200-2立式铣床整机动态特性研究[D];南京理工大学;2012年

2 陈曦;精密数控机床典型结合面及整机静动特性研究[D];吉林大学;2012年

3 柴少峰;CK5116数控立式车床立柱—底座结合面力学特性研究[D];兰州理工大学;2012年

4 张巍;树脂基复合材料数控车床床身研究与分析[D];重庆大学;2012年

5 徐青山;大型数控落地镗铣加工中心动态特性分析及主轴箱优化[D];苏州大学;2013年

6 鲍晓斌;TK6920数控铣镗床高速主轴结构分析与性能研究[D];湖北工业大学;2013年

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本文编号：386057