基于有限元分析的机床导轨热变形研究

高速高精度机床切削加工过程中,在多种热源的作用下导轨会产生热变形,影响工件与刀具间的相对位置,造成加工误差。找出导轨热位移较大的点,并分析其对加工精度的影响,对于减小加工误差提高加工精度至关重要。文章在对导轨热边界条件进行分析的基础上,应用有限元分析方法,建立了一类机床导轨的有限元热变形分析模型,并进行了热变形分析计算,为分析导轨的热变形对加工精度的影响提供了依据,并为机床综合热误差补偿提供参考。     

龙门铣镗加工中心GMB250主轴箱热分析及优化

在精密加工过程中,机床基础大件的热变形会引起加工误差,影响加工精度。为了降低主轴箱热变形对机床精度的影响,以龙门式铣镗加工中心GMB250主轴箱为研究对象,基于Hypermesh与Ansys Workbench为软件平台,建立主轴箱热力学模型,计算其达到热平衡状态所需时间及温度场分布,采用热-结构耦合方法,分析稳态情况下不同热源对主轴箱热变形影响,通过调整热源位置及热源温度改善主轴箱热特性,提高加工精度。     

机床热变形的控制与防止

本文通过机床的热变形热源分析以及机床在工作状况下对加工精度的影响，从而提出相应的控制与防止热变形的具体措施。     

整机热变形中测温点优化选择方法的研究

在高速高精度机床的加工过程中,由于各种热源的作用会导致机床产生热变形,从而影响其加工精度.针对整机热变形误差是影响机床加工精度的最大误差源,提出采用模糊聚类分析法对测温点进行优化选择,并利用多元线性回归方法建立整机热变形与温度之间的数学模型.结果表明,经优化后的温度变量应用到热误差模型中能够有效的预测整机的热变形,并且补偿效果很好.     

精密主轴热变形误差的实验研究

主轴是机床的关键部件,其热变形误差是影响精密机床工作精度的主要因素之一。文章对镗床主轴的不同热变形误差形式及对加工精度的影响进行了讨论。依据ISO和ASME标准建立某型号精密卧式坐标镗床热变形误差的测试环境,采用高精度测试系统对其主轴进行温度和热变形误差的实验测试与分析。结果表明,主轴热变形误差严重影响机床加工精度,主轴转速影响其达到热平衡的时间及热误差大小,需采取有效措施对热变形误差进行补偿,优化热结构,进一步提高机床加工精度。     

超精密车削中心整机热-结构耦合分析

高速高精度车削中心在加工过程中,在多种热源的作用下其结构会产生一定的热变形,影响工件与刀具问的相对位置,造成加工误差.分析出车削中心整机的温度分布特点及其热变形,采取有效的措施,对于减小热变形、提高加工精度意义重大.文章在对车削中心整机热边界条件进行分析的基础上,应用有限元分析方法,建立了车削中心的有限元热分析模型,并进行了温度场及热.结构耦合分析计算,为分析热变形对机床精度的影响及热补偿的进行提供了依据.     

数控机床热特性实验方法研究

随着中国制造2025的提出,智能制造对数控机床精度要求越来越高,机床热变形是影响加工精度的主要因素之一。从采集机床温度和主轴变形的角度,设计了温度及主轴变形采集方案,选用螺旋入孔式和磁吸式温度传感器,测量机床热源内部和表面温度,选用电涡流传感器测量主轴径向偏移量和轴向伸长量,采集了干切削和添加切削液两种加工环境下的主轴温度。分析可知,机床主轴电机温升最高,切削液能够带走大量切削热,有效减小切削热对主轴的影响,主轴转速越高温度越高,轴向伸长量越大。     

高速电主轴系统的热瞬态分析北大核心

以CX8075型车铣复合加工中心的电主轴为研究对象,对其进行三维建模,利用工程有限元分析软件ABAQUS进行瞬态的热—结构耦合分析,研究了主要热源附近的温升变化和主轴轴端的热变形的变化趋势。分析结果表明,电主轴温升最大的部位位于主轴电机的定子和前后轴承的滚动体;主轴的轴向和径向热误差主要在前3 000 s变化较大,因此在加工前对机床适当地预热能够一定程度上减少热误差对加工精度的影响,为进一步研究机床的热误差提供了理论依据。     

基于粗集方法的机床热补偿误差的温度测点优化

机床热误差是影响机床加工精度稳定性的最大误差源,因此减小热误差对提高机床的加工精度至关重要。采用粗集理论对机床热变形建模及补偿技术中温度测点的选择进行优化,以HMC800A立式三轴加工中心温度测点的选择为例进行研究,结果表明该方法能有效地减少温度测点数量,既可以保证模型的精度,又可节省工作量。     

基于有限元法的数控龙门铣床滑枕部件的热特性研究

滑枕是数控龙门铣床的关键功能零部件,现有滑枕部件的热变形过大影响了机床的加工精度。采用热弹性力学理论和有限元方法,对滑枕部件进行热特性分析,建立滑枕部件的热力耦合变形的有限元方程。针对实际加工中存在的问题,建立了滑枕有限元模型,确定了滑枕的内部热源、传热方式和边界条件;通过ANSYS Workbench软件对滑枕进行热态性能分析和热力耦合分析,并计算得到稳态时滑枕的温度场分布和热变形大小,为数控龙门铣床的滑枕改进设计提供依据。     

龙门加工中心主轴滑枕结构有限元分析技术研究

龙门加工中心主轴滑枕结构是连接刀具和机床的一个重要部件,其受切削力和受热变形将直接影响刀具的加工精度.通过建立龙门加工中心主轴滑枕结构的有限元分析模型,在计算热源发热量以及主轴滑枕结构热边界条件的基础上,利用ANSYS有限元分析软件在其工作状态下进行切削力变形分析、稳态热变形分析以及热-结构耦合分析.得到了主轴不同转速条件下主轴滑枕结构热态性能及刀盘直径方向变形规律,为该型龙门加工中心主轴滑枕结构优化设计和热变形补偿提供了理论依据.     

Thermal analysis for the feed drive system of a CNC machine center

A high-speed drive system generates more heat through friction at contact areas, such as the ballscrew and the nut, thereby causing thermal expansion which adversely affects machining accuracy. Therefore, the thermal deformation of a ballscrew is one of the most important objects to consider for high-accuracy and high-speed machine tools. The objective of this work was to analyze the temperature increase and the thermal deformation of a ballscrew feed drive system. The temperature increase was measured using thermocouples, while a laser interferometer and a capacitance probe were applied to measure the thermal error of the ballscrew. Finite element method was used to analyze the thermal behavior of a ballscrew. The measured data were compared with numerical simulation results. Inverse analysis was applied to estimate the strength of the heat source from the measured temperature profile. The generated heat sources for different feed rates were investigated.     

A thermal error model for large machine tools that considers environmental thermal hysteresis effects

Environmental temperature has an enormous influence on large machine tools with regards to thermal deformation, which is different from the effect on ordinary-sized machine tools. The thermal deformation has hysteresis effects due to environmental temperature, and the hysteresis time fluctuates with seasonal weather. This paper focused on the hysteresis nonlinear characteristic, analyzing the thermal effect caused by external heat sources. Fourier synthesis, time series analysis and the Newton cooling law were combined to build a time-varying analytical model between environmental temperature and the corresponding thermal error for a large machine tool. A multiple linear regression model based on the least squares principle was used to model the internal heat source effects simultaneously. The two models were united to make up a synthetic thermal error prediction model called the environmental temperature consideration prediction model (ETCP model). A series of experiments were performed using a large gantry type machine tool to verify the accuracy and efficiency of the predicted model under random environments, random times and random machining conditions throughout an entire year. The proposed model showed high robustness and universality, with over 85% thermal error, with up to 0.2 mm was predicted. The mathematical model was easily integrated into the NC system and could greatly reduce the thermal error of large machine tools under ordinary workshop conditions, especially for long-period cycle machining.     

数控龙门镗铣床滑枕热特性分析

滑枕是影响数控龙门镗铣床加工精度的关键部件。针对切削加工中存在的实际问题,确立导致滑枕热变形的热源,对轴承生热率进行计算,建立热变形数学模型;对滑枕进行热性能分析,并对主轴轴系结构进行改进。结果表明:滑枕的最高温度在主轴轴承支承处,为64.13℃;滑枕的最大的热变形在主轴轴承支承端,为38.9μm;采用冷却套结构、后轴承自由支承方式,减小主轴、滑枕热变形,从而提高数控龙门镗铣床加工精度。     

机床复合结构热态特性的研究

机床热变形是影响机床精度的重要因素,占总制造误差的40％～70％,因此机床热变形控制技术成为当前的研究热点.添加相变材料的高孔隙率泡沫金属复合结构不仅能有效地减轻结构的质量,并具有良好的热特性.它利用相变材料的潜热特性,即物质在相变过程中吸收或释放一定的相变潜热而使温度保持不变.对复合结构热态特性进行仿真分析,结果表明:泡沫金属复合结构在受热情况下,在一定的时间范围内可保持在恒温状态不发生变化.这种热态特性对机床构件的制造具有重要意义,有利于减小机床的热变形,提高加工精度.     

Thermal modelling of an HSC machining centre to predict thermal error of the feed system

Machine tools equipped with linear motors can achieve high feed speed as well as high accuracy. However, the direct feed drive system generates heat through power loss and friction. In combination with environmental influences such as machine shop climate, this can lead to a local deformation of the machine tool structure and induce a direct positioning error. This paper presents a thermal model, using the finite element method, to simulate the thermal behaviour of a high-speed cutting machining centre equipped with linear motors. This model considers the complex boundary conditions such as heat sources, contact and convective heat transfer. Transient changes in temperatures and deformations are allowed in the solution. The comparison of the experiments show that this model can predict the temperature distribution and positioning error under specified operating conditions very well.     

大型旋风铣床铣头系统热特性仿真分析

在多种热源的作用下,数控铣床产生热变形,对工件的加工精度产生很大的影响.利用Solid-Works软件对大型旋风铣床铣头系统进行三维建模,运用有限元分析软件ANSYS对热稳定状态下铣头系统的温升及热变形进行分析,得出了铣头系统温度及变形分布情况,并与风冷条件下的温升和热变形进行比较.仿真结果表明,当转速为900r/min时,强风冷使最高温升减小了20.28％,最大热变形减小了12.42％,为数控铣床结构改进和冷却系统的设计提供了理论依据.     

BF-850B立式高速数控机床精度检测及误差补偿研究

机床在加工的过程中会因为物理变形和热变形,使得加工零件的精度难以保证,因此必须对运动中的影响机床精度的误差源进行误差分析及实时补偿。利用激光干涉仪和球杆仪对数控机床定位精度进行检测,并建立了关于机床变形的检测数据的数学模型,确定了定位误差补偿方法,同时以具体的数控机床为例进行了定位精度检测与误差补偿,最后对补偿效果进行了分析。结果表明：该定位误差检测及补偿方法具有可行性与实用性,使数控机床的定位精度得到了显著的提高。     

数控机床热变形误差补偿技术

热变形误差是影响机床加工精度的重要因素之一,通过实时热变形误差补偿可以提高数控机床加工精度.本文在分析产生机床热误差的原理的基础上, 探讨了热误差的测量方法,利用多元线性回归方法建立了机床热变形与温升之间的数学模型.应用数控系统的PLC补偿功能,对XH178加工中心加工过程中的热误差进行了实时补偿.实验结果表明误差补偿量达到80%以上.