防护罩对数控机床热平衡影响的研究

摘要

防护罩对数控机床热平衡影响的研究随着现代机械工业的发展的，许多行业对机床的加工精度提出了更高的要求。在精密加工中，由于切削力较小，工艺系统受热变形对加工精度的影响较为突出，因此研究机床的热态特性对提高机床加工精度具有重要意义。 对于精密数控机床，机床的防护罩体不可缺少，而防护罩在一定程度上又会影响机床内热源的散热，从而增加机床的热变形，影响加工精度。所以本课题应用传热学理论知识，将机床防护罩对热源的散热影响进行了深入研究，为数控机床防护罩的设计提供了散热方面的理论依据。 本文首先分析了数控机床的热源分布情况，并分别建立了机床在有、无防护罩情况下的传热模型，以沈阳数控机床有限公司的数控车床SSCK/40A1000为例，详细分析了车床左罩体内热源的发热量和各部件的热边界条件，应用ANSYS软件进行有限元温度场瞬态分析，根据分析结果，对比车床在有、无防护罩时车床主要部件的温度场分布和热平衡时间，从而评价数控车床防护罩对热源散热的影响。 针对数控车床的散热情况，本文进行了实验研究，对比热源在有、无防护罩情况下的热平衡过程，得出热源在有、无防护罩时的温差结果。根据本文建立的机床传热模型，计算出实验模型的热载荷和热边界条件，进行有限元热分析。把有限元分析结果与实验结果进行对比，从而验证有限元数值模拟的正确性，为机床的热态特性分析提供依据。同时在实验中，改变热源发热功率，比较发热功率变化时，机床防护罩对热源的散热影响情况。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1机床热态特性研究及发展现状

1.1.1国、内外机床热变形的研究现状

1.1.2改善机床热变形的对策

1.2机床热态特性的有限元分析方法

1.3课题背景

1.4本文的主要研究内容

第2章机床的热特性与传热学理论基础

2.1机床的热特性

2.1.1机床的热源

2.1.2机床的热变形机理

2.1.3机床的热平衡和热态几何精度

2.1.4有防护罩情况下数控机床热特性分析评价指标

2.2传热学理论基础

第3章数控机床的传热机制分析

3.1数控机床热源的确定

3.1.1热源模型的简化

3.1.2主轴电机发热的计算

3.1.3滚动轴承的摩擦热

3.2机床部件的导热

3.3无防护罩情况下机床部件的散热模型

3.3.1机床部件与周围空气的对流换热

3.3.2机床部件的辐射换热

3.4有防护罩情况下的机床部件的散热模型

3.4.1机床部件和防护罩空气夹层间的对流换热

3.4.2机床部件与防护罩的辐射换热

3.4.3防护罩与周围环境的换热

3.5本章小结

第4章防护罩对数控车床散热影响的有限元分析

4.1 ANSYS热分析的基本步骤

4.2数控车床热源和防护罩有限元模型的建立

4.2.1数控车床实体模型的建立

4.2.2单元类型的选择和网格的划分

4.3无防护罩情况下车床的有限元热分析

4.3.1热载荷的计算

4.3.2热边界条件的计算

4.3.3有限元分析结果

4.4有防护罩情况下车床的有限元热分析

4.4.1当量导热系数的计算

4.4.2边界条件的计算

4.4.3有限元分析结果

4.5模拟结果的对比分析

4.6本章小节

第5章防护罩对热源散热影响的实验研究

5.1实验物理模型及条件

5.1.1实验物理模型

5.1.2实验条件

5.2实验系统及装置的设计

5.3实验参数的测量

5.3.1热源壁面的温度测量

5.3.2防护罩外壁温度的测量

5.4实验步骤

5.4.1无防护罩时的测量

5.4.2有防护罩时的测量

5.5实验数据整理

5.5.1 1000W时有、无防护罩热源温度测量结果

5.5.2 500W时有、无防护罩热源温度测量结果

5.6实验结果分析与讨论

5.6.1 1000W时热源散热受防护罩的影响分析

5.6.2 1000W时热源散热有限元模拟结果

5.6.2功率变化时热源散热受防护罩的影响分析

5.7本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文