S7520型螺纹磨床热变形的试验研究

螺纹磨床广泛用于工具生产中较高精度的螺纹的加工。机床的热变形是导致加工误差的因素，因此在设计这种精密机床时有必要测定机床各零部件热变形的大小和方向、机床达热平衡所需要的时间以及机床温度场的情况，以了解各热源的影响。为了分别了解各热源对热变形大小的影响，应依次对各热源作单独试验。 本文在S7620型螺纹磨床的床身、砂轮架、工作台运动曲线、工件头架、传动链精度、磨削试验等项热变形试验的基础上，提出了导致加工误差的主要因素和减少发热对加工精度的影响的一些措施。     

基于接触热阻的磨齿机Z轴导轨热特性分析

大规格数控(CNC)成形磨齿机Z轴进给系统在加工过程中产生大量热量,导致立柱及导轨的倾斜、俯仰变形,影响加工精度。针对这一现象,提出了一种考虑接触热阻的瞬态热-结构耦合分析方法。该方法基于分形理论计算结合面间的接触热阻,并计算热源发热量及各部件的对流换热系数,综合考虑内部热源、边界条件和接触热阻建立综合有限元模型,获得热误差有限元仿真结果。分析了在是否考虑接触热阻情况下,Z轴导轨温度及热变形变化差异。最后搭建Z轴进给系统热误差测量试验平台,验证了该方法的准确性和可靠性。通过仿真得到温度变化及热位移量与试验值基本一致。     

机床热误差建模技术研究进展

切削加工过程中,机床会由于受不同热源影响而发生热变形,产生机床误差即热误差。在各种类型的机床误差中,热误差可占机床总误差的40%~70%,是影响机床加工精度的主要因素。为减小不同热源对机床热误差的影响,提高机床加工精度,目前主要有3种方法:1)通过对机床零部件进行优化设计,提高机床热刚度;2)应用更为有效的隔离措施,尽量减小或隔离热源影响;3)热误差补偿,通过对热误差进行在线预测及实时补偿,减小机床热变形。热误差建模是实时补偿热误差的前提和基础。首先对机床热误差建模技术进行了介绍,并对热误差建模技术领域的国内外研究现状进行分析,总结了目前热误差建模领域存在的主要问题,进而对热误差建模技术的未来发展方向进行了展望。     

热变形对加工质量的影响及控制

本文列出了机械加工过程中产生的各种热源的原因以及相应对工件产生的热变形,通过对一些数据的具体分析,作者从工艺方面、设备方面提出了一些改进措施,以减少热变形对加工质量的影响。     

热变形对加工质量的影响及控制

本文列出了机械加工过程中产生的各种热源的原因以及相应对工件产生热变形，通过对一些数据的具体分析，作者从工艺方面、设备方面提出了一些改进措施，以提高热变形对加工质量问题的控制。     

数控机床电主轴热敏感特性分析及试验研究

建立了数控机床电主轴的热动力学模型,基于热动力学理论对电主轴系统的热源分布及温度场的传热特性进行分析.采用互相关和互信息量算法研究了数控机床电主轴系统的热敏感特性,分析了温度场对热变形的影响规律及耦合特性,结果表明电主轴系统存在热敏感区域并具有热漂移特性.通过在热敏感区域内筛选温度敏感点从而建立热误差预测模型,实现了对电主轴轴向和径向热变形建模和预测.以YK73200数控齿轮磨床为试验平台开展了电主轴系统的热敏感特性试验.通过对磨床电主轴系统热变形预测值与实测值进行分析和对比,验证了电主轴系统热敏感区域温度与相应热漂移之间的内在关系模型,试验结果为开展精密数控机床热误差补偿技术研究提供理论指导和实验基础.     

主轴系统动态误差和热漂移误差的测试分析

主轴的动态误差和热漂移误差直接影响机床的定位精度和工件表面加工质量。运用API主轴动态误差及热变形分析仪和API主轴误差分析软件对加工中心的主轴进行动态误差和热漂移测试。通过测量系统采集到的机床主轴系统的温度变化及分布数据及主轴系统的热变形数据,可以了解及掌握机床在运转过程中主轴系统的实际工况,如热平衡时间、主轴系统不同时刻在各方向的变形量等信息,对以后主轴系统的优化设计和动态补偿提供了基础数据支撑。     

数控铣削加工精度预测模型的建立

依据铣削加工的特点,将影响加工精度的误差从坐标分解的角度分为三大类：刀架坐标系、主轴坐标系和工艺基准坐标系。在充分考虑机床几何（运动）误差、工艺系统受力变形、工艺系统热变形等对加工精度的影响的情况下,通过坐标变换将所有误差集中纳入工艺基准坐标系,采用齐次坐标变换法建立了加工精度的预测模型。所建的加工精度模型具有开发性生和实用性,已在实际数控铣削加工中得到验证。     

旋风铣削螺旋面包络线的位置偏差及其影响

旋风铣削加工中,工艺系统的几何误差、热变误差和刚性变化使工件与工具表面交线不是理想的螺旋面包络线,其位置也产生了偏差,影响到加工工件质量.以旋风法应用最多的螺纹加工为例,分析了工件受力与热变形对包络线位置的影响,螺纹中径螺距等衡量互换性重要指标的变化情况及近似计算式,它们随加工点位置不同而不断变化.     

内圆磨床的热变形及其对加工精度的影响

对于自动获得尺寸的内圆磨床来说,热变形是一种重要的系统性误差来源。由于机床的热源众多,结构复杂,使变形状态也非常复杂,增加了温升及变形计算上的困难。本文应用多级发热理论近似地解决上述计算问题,并推导出由热变形所引起的加工误差的计算公式。文中还应用尺寸链原理分析了M228半自动内圆磨床在磨削过程中的机床热变形对加工精度的影响。机床温升、温度场及热变形量的测定结果表明,整台机床有较大的温差,主要热源是液压部件及磨杆轴承,由于床身及磨杆等部件同时热变形,使主轴及磨杆的相对位置在受热过程中远离,因而使工件尺寸趋大。这与实验尺寸点图是一致的。为了降低甚至消除热变形的影响,将床身下部的油箱移出机床,并隔绝油缸的热影响,结果床身热变形以及系统性误差大大降低。通过实验,证实了上述误差分析和计算方法是正确的。所采取的消除热变形的措施是有效的。可以作为改进机床设计的参考。     

基于ANSYS的数控机床进给系统热力学仿真与分析

滚珠丝杠是数控机床进给系统的主要传动方式,在工作过程中其热变形是影响加工精度的重要因素。为提高ANSYS计算精度,本文研究分析了滚珠丝杠进给系统的热源、边界条件和热变形机理,基于Hypermesh对初始网格进行优化,建立进给系统的热-力耦合模型。通过改变进给速度、轴向载荷和环境温度等加工参数,分析各工况下的温度变化和热变形。结果表明：热变形与进给速度成正比,热平衡时间与进给速度成反比,轴向载荷对热变形的影响大于进给速度。选用合适的进给速度改进滚珠丝杠的加工方式,能有效降低其温度变化及热变形,对提高数控机床的加工精度和延长使用寿命具有一定的现实意义。     

机床热特性优化研究综述

随着精密加工技术的发展,探究机床各部件生热对精密加工的影响,以提升机床加工精度及精度稳定性成为当前研究重点。本文介绍了精密机床热特性的内、外环境影响因素及控制优化方法,从车间及其机床热环境、结构设计、冷却方式、热误差补偿技术4个方面展开,分析了现代精密机床中误差防止及误差补偿中使用的热设计措施,并针对现有机床温度分布不均、换热效果较差等特点,运用帕尔贴、碳纤维、相变微胶囊材料,结合传热学知识原理,提出了未来解决机床重要部件温升的可发展关键技术方案,以资参考。     

基于有限元法的机床导轨热特性研究

以往机床导轨热特性分析主要通过传统的计算方法得到导轨热变形的解析解,并没有考虑热源移动对导轨热变形的影响,因此计算结果并不十分精确.应用有限元法,建立导轨的有限元模型,考虑移动热源的影响,对模型进行数值模拟,得到导轨的温度场,并在此基础上得到导轨的热变形量.由于移动热源的影响,与稳态分析所得变形量相差2.52μm.导轨达到热平衡所需时间为1.25 h.由于热变形的影响,导轨在水平面的最大直线度误差为5.03μm,导轨表面的最大倾斜度误差为0.000 218 9°.研究结果为分析导轨热变形对加工精度的影响提供了参考,进而为机床的误差补偿提供了理论依据.     

齿轮成形磨削加工热力耦合数值仿真研究

齿轮成形磨削加工为齿轮精加工工艺,在高速成形磨削加工过程中,会产生大量的热。一方面这些磨削热会在齿轮表面产生较高的温度,容易引起工件表面烧伤;另一方面磨削热会在工件表层产生梯度变化较大的温度场,从而形成磨削残余应力,造成工件表层金相组织变化,既会影响齿轮磨削加工的精度,也会影响齿轮使用的寿命。文章借助工程分析软件Abaqus和Matlab,基于磨削移动热源理论和三角形热源分布模型,通过磨削接触长度计算,建立了齿轮成形磨削三维温度场仿真模型;利用热-力耦合分析方法,得到齿轮磨削热应力和应变的数值仿真云图,实现齿轮成形磨削加工温度场及热变形的精确分析,对提高齿轮成形磨削加工精度具有一定的理论意义。     

精密镗床进给轴差异化主动冷却方法

针对精密镗床双驱丝杠进给轴连续运行时发热严重导致热误差较大的问题,提出了进给轴热源的差异化主动冷却方法。首先,确定了进给轴主要热源部位为轴承、电机和丝杠螺母副,分析了进给轴热源生热和散热机理,确定了关键边界条件,建立起主动冷却下的热流固耦合仿真模型;然后,设计了内置流道的冷却板并安装于热源处,每一冷却板分别设置冷却回路并通入4号主轴油作为冷却剂,每一冷却回路单独配置油箱进行独立调温;最后,建立了进给轴的轴承、电机及丝杠螺母等热源生热模型,精确匹配各热源生热率来控制冷却系统中进出口冷却液的温度,从而差异化地带走不同热源处所产生的热量以控制各部位温度,减小热误差。实验结果表明：与进给轴无冷却时对比,采用差异化主动冷却方法,最大热误差下降了58.56%以上;与恒温冷却方法相比,最大热误差下降了34.55%;同时缩短了热误差的稳定时间,表明该进给轴主动冷却方法能有效减小进给轴热误差。     

试探究机械加工工艺对加工精度的影响

机械加工质量以加工精度作判断,精度即加工后的零件几何形状、尺寸、相互位置及与设计参数的结合程度。机械加工精度受许多因素影响,本文主要从机械加工工艺层面做精度影响分析,通常来说,加工精度受机械加工工艺的影响有:工艺系统热变形、工艺受力变形与工艺几何误差。     

M52120导轨磨床机体结构设计

通过试验以及对企业现有机床的观测，分析热变形产生的原因及对机床精度的影响,并设计了一种具有特殊结构的机床——新型M52120导轨磨床，有效地解决了机床各部件的热变形问题，提高了精密机床的加工精度。     

超精密数控机床进给系统非线性分析及误差补偿研究进展

从超精密加工的基本需求出发,介绍了超精密数控机床的主要误差源及误差产生的原因,讨论了进给系统中非线性因素对系统动态性能、静态性能及加工精度的影响,综述了进给系统非线性控制策略和误差补偿的研究现状,总结了阶段性研究成果,并对今后的研究方向及关键问题进行了展望,最终提出通过先进控制技术和全息误差补偿技术有机结合提高加工精度的总体思路.     

机床电主轴热特性卷积建模研究

针对机床电主轴系统温度与热误差普遍存在的非线性等建模难题,提出了一种卷积建模方法。通过传热理论分析与实验数据相结合的方式,对电主轴系统内部测点温度与热源、换热边界条件的复杂关系进行了有效简化,建立了热源温度与测点温度间的微分方程,并给出了响应函数。通过粒子群算法进行响应函数参数的优化,使用热源测点温度变化量与响应函数的卷积积分来估算电主轴系统的各部分温度,并在此基础上,通过卷积参数优化建立了电主轴y方向热误差模型。结果表明,在电主轴系统热特性非线性最严重的运行初始阶段和升降温拐点处,卷积模型比线性模型更能描述电主轴的温度和热变形规律,温度拟合效果在开机初始200 min内最高提升了83.9%,y方向热误差的拟合误差在前100 min由44.07%提高至97.1%。该研究为电主轴和机床温度与热误差建模提供了一种新的有效思路。     

基于灰色GM(1,4)模型的数控机床热误差补偿技术

为降低机床加工过程中温度场变化对机床加工精度的影响,分析了数控机床生产过程中热源组成及热误差产生机理,根据灰色关联度理论从原设定的8个温度测量点中计算选定4个机床温度关键测量点,建立了灰色GM(1,4)预测模型。该模型搭建了4个关键测温点的温度变化情况与机床热误差值之间的映射关系,能在生产过程通过获取关键点温度实时预测机床热误差值,再通过数控系统将预测值补偿到刀具进给位置,以此形成机床热误差补偿机制。最后,以精密卧式加工中心THM6380为实验对象,检验GM(1,4)模型预测结果与实际热误差值间的差距,拟合残差在±1μm以内,拟合效果良好。