文档介绍：蒸。。学机床主轴系统热特性建模分析及结构优化设计分类号:—皿丝↖绛刍答辩委员舍主席递:琴纭!!:弛压鸹墼..攮﹊旦坏学位授予日期—』卫—重二旦——研究生姓名盔亩盘生王堂亟±学科专业名称扭煎剑造区甚自动丝论文提交日期蛭生§旦申请学位级别目论文答辩日期评学位授予单位膦人ⅲ海⋯:.
机床主轴系统热特性建模分析及结构优化设计研究生:洪有为导师:孙蓓蓓摘要机床主轴系统的热变形是影响机床加工精度的主要原因之一,因此机床主轴系统的热设计在机床设计中占据重要地位,国内外在该领域的研究虽然取得较大进展,但理论和工程应用的广度和深度还不够。鉴于此,本文围绕江苏省十五攻关项目“高架桥式高速五坐标龙门加工中心开发”嗪牛和“高速高精度数控车床”的开发己牛築曰仓髦嵯低车奈露瘸和热变形的数学模型、热力学建模和修正、边界条件计算、热特性优化设计等方面进行了较系统深入的理论和应用研究。其主要研究内容如下:建立了机床主轴系统三维温度场数学模型,并基于弹性力学、热变形基本方程和有限元理论建立了热变形的数学模型。建立了两类机床主轴系统单件及组件的三维P停⒍杂邢拊M窕趾徒岷厦婕涞娜却导系数进行了探讨,在此基础上建立了热特性有限元模型,为治黾敖峁褂呕杓频於基础。在分析机床主轴系统内部热源、边界条件的基础上,建立了机床主轴系统温度场的有限元模型。基于有限元法对两类机床主轴系统温度场进行了详细的分析,并对数控车床主轴系统温度场模型进行了修正和实验验证,为进一步计算热变形和热特性优化设计奠定了基础。在确定约束条件和热载荷的基础上,对机床主轴系统的热变形进行了详细的分析,并将两类机床主轴系统的主轴头部的跳动量进行了比较,确定了主轴系统热变形对机床加工精度的影响程度。利用朴自带的优化功能,通过参数化设计语言对数控机床主轴系统进行参数化建模和结构优化设计,成功的实现了主轴系统热特性和动态特性同时提高的目标。论文成果为机床主轴系统的热设计和动态设计作出了有益的贡献。关键词:加工中心,数控车床,主轴系统,建模,有限元法,温度场,热变形,动态特性,优化设计
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型鳓籄彻氇~日期研究生签名:≥基盔冯导师签名谚蛰坝研究生签名:芝蛀查盗学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,论文中作了明确的说明并表示了谢意。日期可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布ǹ论文的全部或部分内容。论文的公布括刊登谌ǘ洗笱а芯可喊炖怼
第一章绪论研究的目的和意义国内外研究现状的熟变形对加工精度有重耍影响。因此,本论文应用有限元法建立两类机床有限元模型,对其热特机床工业是国家基础工业的基础,它直接影响到,劳动生产率的提高和国防现代化的实现。随着生产和科技的高速发展,机床日益向高速、高效、高精度和自动化方向发展。其中高速精密数控机床因其生产上的高柔性、高精度、高速度、高效率和高可靠性,因而广泛应用于汽车、摩托车、纺织、仪器仪表、航空航天、机械、机床等各行各业,所处的地位就变得越来越重要。目前我国由于机床开发理念落后,较少考虑热态和动态,设计出的机床不仅性能差,结构笨重,精度不高,自动化水平低,而且设计周期长,制造成本高,更新换代慢,使得我国生产的高速精密数控机床无法与国外相抗衡。为此,我国数控加工机床制造企业必须尽快将动态和热态的先进设计理念应用到高档高速数控机床开发中去,快速开发出结构合理、加工精度高、自动化水平高、低成本的高速精密数控机床,积极参与国际竞争。随着零件加工精度要求的提高和产品产量的迅速增长,要求机床产品不断向高精度、高刚度、高速度方向发展,随之对机床动态性能的要求也越来越高,其中,机床赞热性能越来越受至Ⅱ人们的重视,它已成为影响高速机床性能的主要因素之一。据资料表明,机床热变形对加工精度的影响是十分重要的因素之一。就机械加工而言,尤其是在现代高速切削机床中,随着机床转速和零件表面加工质量的提高,切削深度与走刀量一般都比较小,而切削力也不大,所以工艺系统受力变形对加工精度的影响与热变形相比处于次要的地位。据西德阿亨工业大学布鲁明分析,在用高速切削机床加工零件的