重型数控落地铣镗床滑枕组件热误差补偿技术研究

论文摘要

重型数控落地铣镗床是国防军工、交通运输和工程机械等支柱产业的重要设备。滑枕组件是重型数控落地铣镗床的关键部件,它的精度直接决定了机床的加工精度。重型数控落地铣镗床在使用过程中,滑枕组件受内外热源联合作用,温度升高,产生热变形,影响机床的加工精度。本文主要针对重型数控落地铣镗床的滑枕组件进行热分析,提出解决方案并进行相关实验论证。论文主要完成如下工作:针对重型数控落地铣镗床滑枕组件的结构特点,分析数控机床在不同反馈控制方式下,机床W轴方向上热误差的构成,确定滑枕组件热态特性的影响因素。根据实际工况,计算滑枕组件的热源和边界条件,建立滑枕组件有限元模型,分析滑枕组件的温度场和热变形场,获得热误差构成比例;并通过分析不同边界条件下的有限元模型,得到了影响因素与滑枕组件热变形的关系。对重型数控落地铣镗床滑枕组件的关键点温度和热变形进行测量与分析,得出滑枕在机床W轴位置和主轴转速对滑枕组件热变形的影响;将实验得到的滑枕热变形量与有限元仿真得到热变形进行比较,验证滑枕组件有限元模型的准确性和分析结果的可信性。依据滑枕组件热误差构成,对螺母前端滑枕部分热变形,提出热变形检测方案和补偿措施,对因光栅尺热变形而导致的热误差,提出滑枕光栅尺安装改进方案。对滑枕热变形检测方案和光栅尺安装改进方案进行有限元分析,验证方案的可行性与准确性。对滑枕热变形检测方案进行实验验证,结果表明:检测方案能够准确测量出滑枕热变形。针对螺母前端滑枕部分热变形,研制补偿装置,实验证明数控机床能够准确接收补偿装置发送的控制脉冲。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 机床热变形分析的历史回顾
• 1.2.2 国内外机床热误差补偿技术的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 重型数控机床滑枕组件热态特性
• 2.1 重型数控落地铣镗床滑枕组件构成
• 2.1.1 重型数控落地铣镗床结构
• 2.1.2 滑枕组件
• 2.1.3 滑枕组件连接方式
• 2.2 滑枕组件热误差分析
• 2.2.1 热误差的产生
• 2.2.2 不同反馈控制下热误差构成
• 2.3 滑枕组件热特性影响因素
• 2.3.1 热源分析
• 2.3.2 散热条件分析
• 2.3.3 润滑油温度影响
• 2.3.4 滑枕在机床W轴位置的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 重型数控机床滑枕组件热变形有限元分析
• 3.1 有限元模型建立
• 3.1.1 单元选择
• 3.1.2 网格划分
• 3.2 载荷参数确定
• 3.2.1 主轴承发热量
• 3.2.2 对流系数计算
• 3.2.3 箱体内润滑油温度
• 3.3 滑枕组件热变形结果分析
• 3.3.1 滑枕组件温度场分析
• 3.3.2 滑枕组件热变形场分析
• 3.3.3 滑枕在机床W轴位置对热变形影响
• 3.3.4 主轴箱内润滑油温度对热变形影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 重型数控机床滑枕组件热变形实验研究
• 4.1 实验条件
• 4.2 实验方案
• 4.2.1 测量点选取
• 4.2.2 实验规划
• 4.3 实验数据分析
• 4.3.1 热误差与温度关系
• 4.3.2 热误差与W轴位置关系
• 4.3.3 热误差与机床转速关系
• 4.4 本章小结
• 第5章 重型数控机床热误差补偿方案及实验研究
• 5.1 热变形检测方案与光栅尺安装方案
• 5.1.1 热变形检测原理
• 5.1.2 检测装置与光栅尺安装方案
• 5.1.3 检测装置与标尺安装有限元仿真分析
• 5.2 滑枕热变形标准杆检测方案实验研究
• 5.2.1 滑枕热变形检测实验
• 5.2.2 滑枕热变形检测数据分析
• 5.3 针对西门子840D补偿装置的研制
• 5.3.1 手轮脉冲发生器信号分析
• 5.3.2 补偿装置硬件构成
• 5.3.3 补偿装置工作原理
• 5.4 热误差补偿实验验证
• 5.4.1 补偿装置有效性验证实验
• 5.4.2 补偿装置验证试验结果分析
• 5.4.3 补偿方案验证实验
• 5.4.4 补偿方案实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢