高速电主轴单元的热态性研究

摘要

高速机床是先进制造技术中的重要成就之一，逐渐成为制造业的一个明确的发展方向，也是经济发展的必然要求。高速机床已成为支撑国民经济发展的重要基础装备，其技术水平的高低是衡量一个国家科学技术水平和生产力水平的重要标志之一，也是促进装备制造业迅速发展的重要因素。高速电主轴是高速机床的关键部件，改善电主轴的热态特性，以减少电主轴的温升和热变形是当前电主轴研究的重要内容之一。
　　 本课题针对高速电主轴的热态特性进行研究，并对温度变化引起的电主轴形位偏差进行分析，具体内容如下：
　　 1．通过对电主轴单元的主要热源分析，设计内外结合式测温方案，完成对其主要热源的温度数据采集。
　　 2．对电主轴单元进行ANSYS仿真分析，得出电主轴单元的温度场和热应力分布图，以及主轴关键部位的温度随时间变化的情况。
　　 3．通过对电主轴单元温度及热变形量的数据分析，明确了影响主轴热变形量的因素。并运用Lab VIEW软件设计了温升与热变形数据分析系统。
　　 4．对电主轴单元的温升控制与误差补偿措施进行分析和讨论，提出改善电主轴热态特性的措施。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 高速加工技术概述

1.2 电主轴技术的发展情况

1.2.1 国外电主轴技术的发展情况

1.2.2 我国电主轴技术的发展情况

1.2.3 国内、外电主轴技术的对比

1.3 高速电主轴执态特性的研究现状

1.4 本课题的主要研究内容

1.5 课题的提出和意义

1.5.1 课题的提出

1.5.2 课题的研究意义

1.6 本章小结

第2章 热态特性研究的基本理论

2.1 执传导的概念及传执的基本类型

2.1.1 执传导

2.1.2 对流换执

2.1.3 执辐射

2.1.4 复合换执

2.2 执传导的分析方法

2.2.1 理论解析法

2.2.2 比拟（类比）方法

2.2.3 数值计算方法

2.2.4 实验方法

2.3 电主轴的执变形机理

2.4 执弹性理论及其解法

2.4.1 平面弹塑性力学的基本理论

2.4.2 有限元传执分析的基本理论

2.5 本章小结

第3章 电主轴的主要热源分析及测温方案

3.1 电主轴的执源分析

3.2 测温点的选取

3.3 温度测量方法的种类及特点

3.4 常用温度测量法的分析

3.5 温度测量方法及实验系统

3.5.1 温度测量方法的确定

3.5.2 实验系统的组成

3.6 本章小结

第4章 电主轴单元温度及热变形的有限元分析

4.1 有限元方法概述

4.2 ANSYS执分析的基本步骤

4.3 电主轴执变形的ANSYS分析

4.3.1 构建主轴单元的几何模型

4.3.2 电主轴边界条件及载荷的确定

4.3.3 执及执应力的有限元求解

4.3.4 主轴三雏温度场的有限元分析

4.3.5 主轴关键部位的温度随时间变化的曲线

4.4 本章小结

第5章 电主轴单元温度及热变形的数据分析

5.1 建立电主轴内、外温升变化的联系

5.2 电主轴温升产生的变形量

5.2.1 主轴变形量的计算

5.2.2 执变形系数

5.2.3 执变形量的数据分析

5.3 Lab VIEW介绍

5.4 温升与电主轴执变形的数据分析软件设计

5.4.1 功能定义

5.4.2 数据分析方法

5.5 数据分析软件程序设计

5.5.1 前面板设计

5.5.2 主程序设计

5.5.3 分析功能模块

5.5.4 原始波形图与频谱分析

5.5.5 主轴转速和温度的分析程序

5.6 本章小结

第6章 温升的控制与误差补偿措施

6.1 主轴温升对回转精度的影响

6.2 应对电主轴孰变形的措施

6.2.1 控制主轴单元执源降低发执量

6.2.2 执变形的补偿措施

6.3 在线补偿的基本原理

6.4 在线补偿系统的设计与开发

6.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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