龙门加工中心进给系统温度场与热变形研究

摘要

随着机床加工精度的不断提高，机床热变形引起的加工误差所占的比重越来越大，减小机床的热变形成为提高机床加工精度的重要途径。导轨和滚珠丝杠传动系统是数控机床进给系统的主要热源，它们的热变形将降低机床的进给运动精度。本文旨在研究某龙门机床Y向进给系统导轨及滚珠丝杠传动系统的温度场和热变形，为减小进给系统的热变形提供参考。主要工作如下：
　　1．在热传导、热对流的理论分析和进给系统热源分析的基础上，给出了导轨和滚珠丝杠传动系统热量和热对流换热系数的计算方法和计算过程，并利用MATLAB的图形用户界面开发了热载荷计算分析软件，以实现有限元热分析中热载荷的快速计算。
　　2．建立了机床导轨和滚珠丝杠传动系统的有限元模型，通过施加热载荷获得机床进给系统达到热平衡状态时的稳态温度场以及在热平衡之前或热负载变化时的瞬态温度场，通过热-结构耦合分析得到机床进给系统热变形；仿真分析了进给速度、预紧力、热对流对滚珠丝杠传动系统热变形的影响，提出减小导轨和滚珠丝杠传动系统热变形的有效措施。
　　3．开发了集成温度和位移采集的多通道数据采集器，对龙门机床的Y向进给系统进行温度场与热变形的测量试验，将热误差仿真分析的结果与试验结果进行对比，验证了基于有限元分析得到滚珠丝杠传动系统温度场及热变形这一方法的正确性。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题的研究目的及意义

1.3 国内外研究概况

1.4 本文主要研究内容

第二章 热分析基础理论和有限元建模方法

2.1 热传递的基本方式及定律

2.2 ANSYS热分析的有限元理论

2.3 热分析有限元模型的建立过程

2.4 本章小结

第三章 导轨的有限元模型及其热分析

3.1 机床导轨的网格模型

3.2 导轨热源的发热量计算及边界条件的确定

3.3 导轨的温度场与热变形场

3.4 影响导轨热变形的因素分析

3.5 本章小结

第四章 滚珠丝杠传动系统的有限元建模及热分析

4.1 滚珠丝杠传动系统有限元建模

4.2 滚珠丝杠传动系统热载荷的计算

4.3热载荷计算软件的开发

4.4 滚珠丝杠传动系统的温度场与热变形场

4.5 减小滚珠丝杠传动系统热变形的方法

4.6 本章小结

第五章 龙门加工中心进给系统温度场与热变形试验

5.1 试验目的与原理

5.2 进给系统温度与热变形检测系统

5.3 进给系统的热源分析

5.4 现场布置与试验条件设置

5.5 试验数据分析

5.6 试验结果与仿真结果的对比分析

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文