基于有限元方法的机床床身热特性参数化分析

采用机床CAD软件对机床床身进行了三维实体建模,确定了相应的边界条件,应用通用有限元软件对机床床身的热特性以及热变形进行了有限元分析.对各参数,包括热源、约束、重力等对各部件和床身整体热变形的影响作了分析和比较.根据分析结果,对相应的约束进行调整,达到对机床床身整体热特性的参数优化.     

钢纤维增强树脂混凝土超精密磨床床身材料设计及综合性能优化分析

为了探索提高机床床身综合性能的新途径，采用钢纤维增强树脂混凝土材料代替铸铁床身，通过“HORSFIELD最密堆积理论”、“贝雷法”以及排水法等理论确定钢纤维树脂混凝土组分质量分数，以优化其综合性能，并测试复合材料强度和阻尼性能参数。以铸铁床身为比对原型，设计了同款的钢纤维树脂混凝土床身新结构，借助于有限元软件对两种材料的床身进行了静、动态特性及轻质性分析和计算，并进行对比。结果表明：与铸铁床身相比，钢纤维树脂混凝土床身质量降低17.78%，最大整体变形和最大等效应力分别降低23%和76.83%，前6阶固有频率均有提升，在 X 、 Y 、 Z 三个方向最大振动幅值分别降低85.96%、68.49%、50.30%。以响应面优化方法对钢纤维树脂混凝土床身进行优化设计，与原设计方案相比，在保证床身轻量化的同时，其静、动态特性均有不同程度改善。     

大型机床床身热变形及其结构优化

在采用Pro/Engineer软件建立大型床身三维几何模型的基础上,运用Pro/Mechanica模块对该模型进行了热变形有限元分析,获得了热平衡状态下的床身温度场分布情况以及床身沿Y、Z方向的热变形量。依据分析结果,对床身的内部结构进行优化并增添外部冷却装置,然后再次进行热变形有限元分析和效果验证。在以上研究的基础上,进行了床身温升与热变形实验。研究结果表明,有限元分析值与检测值一致性较佳,经过优化设计的床身热变形量明显减小,既有效提升了工作效率,又降低了生产成本,使机床精度进一步提升。     

超精密机床油液恒温控制系统的研究

用恒温油液喷淋机床是减小超精密机床热变形、提高热稳定性和改善零件加工精度的途径。为了得到恒温油液 ,作者用模糊控制器的单片机控制系统来控制机床油温 ,其温控精度可达± 0 2℃。     

树脂矿物复合材料加工中心床身静动态特性的研究

以某加工中心床身为研究对象,分别对由树脂矿物复合材料和铸铁材料制造的加工中心床身进行静动态特性分析。利用ABAQUS软件对两种床身在承受相同载荷条件下的变形进行了分析,研究了两种床身的固有频率和固有振型,并分析比较了是否考虑阻尼特性时两种床身的谐响应分析结果。结果显示：两种材料床身在静刚度接近的情况下,使用树脂矿物复合材料制作加工中心床身能有效提高床身的固有频率,并明显降低床身在受到外界激励时的动态响应。分析结果证明：采用树脂矿物复合材料制作的加工中心床身具有更好的动态特性,用树脂矿物复合材料作为机床床身有其独特的优点。     

基于能量输入与耗散反馈原理的机床热变形预报方法的研究

热变形是影响数控机床尤其是精密和超精密机床加工精度进一步提高的主要障碍。在研究一维钢轴热伸长理论模型的基础上,从能量角度入手,提出一种新的基于能量输入与耗散反馈原理的机床热变形预报模型的建立方法,并通过实验证明该模型具有较高的预报精度。     

混凝土床身的现状和展望

本文是一篇综述。文章首先回顾了水泥混凝土床身的历史,然后重点介绍了日本近期对混凝土结构机床在减振能力、热变形等方面的一些研究成果。图5幅.     

高刚性轻量化研球机床身结构优化设计

为提高研球机床身的静动刚度并减少床身质量,建立床身结构的有限元模型,通过有限元分析获得机床床身的静动态特性以及低阶固有频率。在此基础上利用尺寸优化和拓扑优化设计方法,对其进行了以减轻质量和提高结构刚度为目标的结构优化设计,最终完成对床身的综合优化。将优化后的床身与原床身进行比较,结果显示:综合优化后的床身最大变形量减少了19.45%,最大应力减小了12.24%,床身的质量下降了3.52%,并且前5阶固有频率均有明显提高。通过综合优化,提高了床身的工作性能,减轻了床身质量,该研究结果对提升机床床身刚度提供参考。     

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。     

热变形对高速干式滚齿机加工精度的影响

根据高速干式滚齿机机床的设计结构,分析了其热变形机制。在此基础上,分析了机床床身热变形以及立柱热变形对滚齿加工精度的影响,同时建立了相应的误差模型并进行了初步验证,为滚齿机热变形误差的控制及补偿提供了有益参考。     

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。     

机床热变形及热误差优化研究

为减少热变形对精密加工精度影响,对夏冬两季节机床主轴箱上温升和热变形及环境温度的影响进行了测试分析,并采用BP神经网络模型化的Volterra级数非线性系统实现热误差建模。分析结果表明：夏天环境温度受主轴箱散热影响而温度迅速升高;冬季机床散热较快,主轴箱上温升比较明显,环境温度几乎不变;同一台机床在夏季和冬季的热变形规律相似而变形量稍有不同。通过实验验证了该模型具有预测精度高的优点,为数控机床热误差实时补偿提供了参考。     

数控成形磨齿机热特性优化

为在设计阶段对YK73200数控成形磨齿机进行热优化，减小热变形，建立磨齿机热特性分析模型，并基于试验对所建模型进行验证。针对磨齿机的各个热薄弱环节，提出相应的热结构优化及高效冷却措施。采用验证后的模型对改进后的磨齿机进行热特性分析。结果表明：基于热结构对称设计原理，改进床身冷却流道结构设计，可使不同位置工况下磨齿机关键点的热变形最大减少21.3%。     

主轴传动部件的热平衡技术研究与应用

分析主轴箱的主要热源以及发热量对整个主轴箱部组精度的影响,采用大流量的恒温油对主轴箱进行冷却与润滑以及优化主轴轴承安装工艺,以保证主轴高速运行的过程中其轴向变形量达到最小。通过试验验证,主轴达到热平衡时其伸长量为0.035 mm。通过对温升与热伸长量的函数进行研究,对轴向热变形进行补偿,以保证机机床在达到热平衡过程中,对工件加工精度的影响最小。     

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.     

基于GA-SVR的数控机床热误差建模

为了提高数控机床加工精度,消除数控机床热误差对加工精度的影响,文章提出了基于GA-SVR(遗传算法-支持向量回归机)的数控机床热误差建模方法.为了构建机床的热误差模型,首先采用温度传感器与位置传感器测量机床的温度与对应的机床主轴变形量.其次把获得的数据进行支持向量回归机建模训练,同时使用遗传算法寻找支持向量回归机相关参数的最优值.最后建立机床热误差模型,并验证模型的准确度.结果表明,基于GA-SVR的数控机床热误差建模方法具有精度高和鲁棒性强的特点.     

卧式加工中心热变形控制与热误差补偿技术研究

从减少发热、控制温升、热误差补偿3个层次对卧式加工中心产品的热变形控制与热误差补偿技术进行了研究。第一层次从高精度功能部件的选用和润滑技术两方面研究减少机床的发热;第二层次从主轴温升控制、中空丝杠温升抑制、结构基础件温度控制等方面研究了冷却在控制关键部件的温升和均衡温度场中的作用;第三层次从数据采集、分析、建模等方面研究了热误差补偿技术。提出的各个层次控制热变形及热误差的具体技术和措施在实际产品中获得了应用,取得了优良的应用效果。     

滑枕综合热补偿研究

新设计的滑枕热伸长补偿机构消除了滑枕达到热平衡之前因热变形造成的瞬态热误差。通过试验,测出机床达到热平衡后主轴的温度误差和机床对应的温度场,并利用最小二乘法拟合出该误差和温度值之间的数学模型,将数学模型输入数控系统中进行机床主轴的稳态热补偿,即温度误差补偿。这两种热补偿相结合的方式进一步提高了机床的加工精度,保证了数控龙门柔性生产线各种零件的加工精度要求。     

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.     

精密卧式加工中心主轴轴向热误差补偿方法

热误差是精密机床最主要的误差源之一。主轴是机床的关键部件,其热误差直接影响机床的加工精度。文章以某型号精密卧式加工中心主轴为对象,对其温度场和热变形进行了仿真分析。根据仿真结果发现主轴轴向热变形更严重,并结合机床结构确定温度传感器布置位置。在此基础上,对不同转速下主轴部分位置温度和轴向热误差进行现场测试。运用最小二乘法建立热误差补偿模型,直接结合机床FANUC数控系统实施主轴轴向热误差补偿。经实验验证,补偿后主轴轴向热误差减小了85%以上。