多坐标微进给平台热变形误差规律研究

摘要

作为一类精密平面磨床的辅助微进给单元,纳米级微进给平台的开发与应用可有效地提高其加工精度,同时由于精密磨削时磨削量数量级的减小,热变形的问题也更加突显出来,成为影响平台定位精度的主要因素.因此,开展微进给平台热变形规律的研究具有重要意义和实用价值.本文以实验室自行设计制造的多坐标微进给平台为对象,利用I-DEAS软件研究了不同工况下其热变形的规律,为进行微进给平台的热误差补偿提供了依据,取得的研究成果可以概括为以下几个方面: 结合有限控制容积法和热弹性力学的理论,建立了温度场和热变形的数值计算模型. 在对微进给平台结构进行适当简化的基础上,建立了在微进给平台上平面磨削矩形工件的模拟模型,提出了一种有效的移动热源模拟方法,并与有关文献中的算例比较,验证了此方法的可行性,从而实现了I-DEAS软件对平面磨削加工的仿真模拟. 对不同的工作台进给速度及磨削深度等参数进行单因素分析,得到相应情况下整个微进给平台及工件系统的磨削温度场分布,并在此基础上研究了磨削参数对工件峰值温度的影响规律,分析了其形成的原因. 以所得温度场分布为边界条件,利用热一力耦合分析方法,研究了相应温度场分布下的热变形规律,分析了环境温度对微进给平台及磨削参数对工件上表面最大变形量的影响规律,并利用回归分析推得了经验公式. 通过将实验结果与仿真结果相比较,验证了仿真分析的有效性. 上述研究成果为微进给平台的热误差补偿提供了理论和数据依据,为进一步开展该领域的研究和应用工作奠定了良好的基础.

目录

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第一章绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外研究状况

1.2.1微进给机构的发展概况

1.2.2磨削温度场研究的发展状况

1.2.3热量分配方法

1.2.4热变形

1.3本文主要研究内容

第二章磨削温度场及热变形计算的理论基础

2.1引言

2.2导热微分方程及定解条件

2.3有限控制容积法原理

2.3.1控制容积积分法

2.3.2温度数值计算模型

2.4热弹性理论基础

2.4.1弹性力学基本方程

2.4.2热弹性力学的基本关系式

2.4.3热变形的有限元解法

2.5小结

第三章磨削温度场的仿真分析

3.1引言

3.2实际算例

3.2.1假设条件

3.2.2载荷工况

3.2.3热流密度计算

3.2.4建立模型

3.2.5建模方法的验证

3.2.6模拟仿真结果分析

3.3小结

第四章热变形规律研究

4.1引言

4.2环境温度对微进给平台热变形的影响

4.2.1建立模型

4.2.2解算结果分析

4.2.3结论

4.3平面磨削矩形工件时工件表面热变形情况

4.3.1 vw=150mm/s，ap=2μm的情况

4.3.2工作台进给速度对工件表面热变形的影响

4.3.3磨削深度对工件表面热变形的影响

4.4工件表面热变形经验公式

4.5小结

第五章磨削温度的实验分析

5.1引言

5.2实验方法

5.3实验装置

5.4实验条件

5.5实验结果及分析

5.6小结

第六章全文结论和工作展望

6.1全文结论

6.2工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢