龙门加工中心丝杠组件热态性能与温度场实验研究

龙门加工中心丝杠热变形是影响机床加工精度的重要因素。为减小丝杠热变形对机床加工精度的影响,以丝杠的实际工况为基础,建立了丝杠温度场及热-结构耦合分析模型,运用有限元分析法获得了丝杠表面的温度场分布及丝杠重力和进给方向的热变形规律。运用M7500红外摄像仪进行了丝杠温度场实验,验证了一定时间段内温度场分析的准确性,并结合实验对仿真参数进行修正,提高了温度场仿真分析的准确性,为丝杠进给过程中控制系统的热误差补偿和整机润滑散热系统的结构改进提供了理论依据。     

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.     

基于接触热阻的龙门加工中心热态性能研究

针对龙门加工中心整机热力学性能分析的需要,综合考虑机床结构特点、内外部热源的影响,使用有限元分析软件ANSYS Workbench对整机进行未加载接触热阻和加载接触热阻两种情况下的稳态热分析。将加载结合面接触热阻的温度场作为载荷,对加工中心进行热变形分析。结果表明结合面接触热阻对整机温度场的分布有较大的影响,为加工中心结构优化及整机综合热误差补偿提供了理论依据。     

机床丝杠进给系统有限元热分析的热边界条件修正方法

符合实际的热边界条件是机床有限元热分析获得准确结果的关键.以龙门加工中心X向丝杠进给系统为例,提出了一种基于实验数据的热边界条件修正方法.该方法利用Workbench多目标优化模块,以热边界条件为变量,以实验测量得到的丝杠上各点的温度值为目标,对计算得到的热边界条件进行修正.然后,在ANSYS经典环境中,以移动热源的形式施加修正后的边界条件,得出丝杠进给系统的瞬态温度场.最后,从有限元分析结果与实验结果的对比可以看出,该方法具有较高的准确性和实用价值.     

具有丝杠热误差补偿功能的在线检测软件的开发

文章结合丝杠热变形的非线性等特点,采用径向基函数神经网络方法建立丝杠热变形误差模型.同时基于Windows平台开发了相应的补偿软件,该软件可以同时对机床几何误差与主轴、丝杠热误差进行补偿,有效地提高了在线检测精度.软件系统在MAKINO立式加工中心上进行了实验验证,补偿效果明显.     

TX1600G镗铣加工中心工作台进给系统耦合温度场的分析与研究

针对进给系统存在的热载荷引起的热变形问题,建立TX1600G镗铣加工中心工作台进给系统的热结构耦合模型,在系统稳态温度场分析的基础上对其进行了热结构耦合分析。分析进给系统的温度场和热变形,得出轴承发热对系统热变形影响最大,而系统热变形对机床Y轴精度影响较大的结论;提出采用中空丝杠来减小热变形,使丝杠轴的变形减少了约42%,系统其他零部件的变形减少了约30%。     

不同工况下高速空心滚珠丝杠的热特性研究

以高速精密机床中使用的空心滚珠丝杠为研究对象,利用ANSYS热分析模块对该滚珠丝杠在不同转速和不同冷却液流量下的热特性进行了分析.得到了该空心滚珠丝杠不同工况下的温度场和热位移,同时通过对滚珠丝杠表面结点温升曲线的分析比较,得到了针对该类型空心滚珠丝杠的最佳冷却液流量值和不同转速下空心滚珠丝杠达到其热平衡的时间.分析结果可为空心滚珠丝杠的热设计提供参考.     

空心/实心滚珠丝杠机床伺服进给系统热特性分析

机床正向着高速高精度的方向发展,解决机床伺服进给系统在高速运行下产生的大量摩擦热及热变形,成为推进机床发展的突破口。提出采用通入冷却介质的空心滚珠丝杠来抑制温升从而控制热变形。先对轴承副和螺母副摩擦生热、热边界条件及滚珠丝杠变形进行理论计算,运用ANSYS分别对不同载荷不同转速下实心/空心滚珠丝杠的传热进行分析,再对空心/实心滚珠丝杠机床伺服进给系统变形进行分析,通过完整的仿真得出:通入冷却介质的空心滚珠丝杠伺服进给系统可以有效地抑制温升和热变形,为机床伺服进给系统的设计和研究提供理论依据。     

基于有限元法的高速空心滚珠丝杠系统热特性仿真

以ANSYS热分析模块为工具,对高速空心滚珠丝杠系统的热态特性进行仿真,得到该滚珠丝杠系统的温度场和热位移。在分析结果的基础上,提出了改善高速空心滚珠丝杠系统热态特性的措施,为高速空心滚珠丝杠系统的设计和热变形误差补偿提供参考。     

航空机匣加工中心热分析及热结构研究

以机匣加工中心(加工中心)为研究对象,综合考虑机床结构特点、内外部热源的影响,进行整机的热源分析及计算。利用ANSYS Workbench软件对整机进行热特性分析得到整机的温度场与热变形场;对加工中心主要热源进行了温度测试实验,为加工中心结构设计阶段提供热变形理论基础,并进一步为热变形补偿提供依据。     

高速高精数控车床进给系统热态特性研究

以GSCK200A型数控车床的z轴滚珠丝杠进给系统为研究对象,利用ANSYS软件建立其二维轴对称有限元模型,对其进行热态特性分析,并以求得的温度场为依据进行热-结构耦合分析,计算出丝杠轴的热变形,为数控车床的研发提供依据.     

螺母副摩擦热对高速空心/实心滚珠丝杠热特性影响分析

针对滚珠丝杠的热变形问题,提出了一种采用通有冷却油的空心滚珠丝杠。通过理论计算了螺母副摩擦热及热边界条件,运用ANSYS有限元分析软件首先对空心/实心滚珠丝杠温升与载荷、温度与转速的关系进行了分析,然后分析了冷却油的流速对空心滚珠丝杠温升的影响,最后对比分析了空心/实心滚珠丝杠的变形情况。结果表明:通有冷却油的空心滚珠丝杠在高速高载荷的工况下更优于实心滚珠丝杠。     

Thermal error forecast and performance evaluation for an air-cooling ball screw system

In machine tools such as numerical control machines, thermal error in the ball screw induces a direct position error. A high-speed ball screw system naturally generates more heat and results in greater thermal expansion, adversely affecting the accuracy of positioning. In this paper, we discussed the placement of an air cooling system in a ball screw shaft to overcome thermal errors and achieve temperature equilibrium faster. In order to estimate the thermal error of the ball screw system and effectiveness of the air cooling system, thermal behavior models using the finite element method (FEM) and a modified lumped capacitance method (MLCM) were developed separately. This included heat generation from the main heat source of the ball screw system and other boundary conditions. The completed models were used to simulate temperature distribution, thermal deformation and air cooling performance. Comparing the experiments shows that these methods can well predict thermal behavior of the ball screw system and air cooling performance. And the positioning accuracy will significantly improve with the use of the air cooling system in the ball screw drive system.     

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.     

加工中心滚珠丝杠对流换热系数的研究

采用热成像仪对VMC立式加工中心滚珠丝杠进给系统温度场进行测量,对丝杠温度数据进行指数函数拟合,根据能量守恒原理进行建模分析计算,获得滚珠丝杠的热边界条件;利用有限元分析软件Workbench对加工中心滚珠丝杠的温度变化规律进行分析,结果与实验数据进行对比,验证滚珠丝杠对流换热系数计算模型的正确性;并修正利用传统经验公式计算得到的对流换热系数,为立式加工中心的热分析提供参考。     

Analysis of a model to forecast thermal deformation of ball screw feed drive systems

In machine tools with semi-closed loop numerical control, the thermal deformation of the ball screw directly produces the position error of the feed drive system. In this work the method of multiple regression is used to analyze the thermal deformation of a ball screw feed drive system. Key points of thermal source (front bearing, nut and back bearing) were selected as independent variables of the analysis model. The test results show that this method can well predict the thermal deformation of the ball screw during variation of the speed of rotation.     

CBGA器件温度场分布对焊点疲劳寿命影响的有限元分析

陶瓷封装器件的可靠性一直是电子封装领域关注的热点,目前有限元模拟方法在分析焊点疲劳寿命时大多采用了均一温度假设条件,而陶瓷封装器件由于自身材料性质,在热循环载荷下其内部温度场并不均匀.文中在传统经典理论的基础上利用ANSYS有限元软件采用六面体网格划分技术对16×16阵列的陶瓷球栅阵列（ceramic ball grid array,CBGA）封装模型在热循环载荷下的可靠性进行了仿真分析.考虑了热循环加载过程中CBGA器件内部的温度场分布,使用热力耦合模型讨论了均一温度假设在不同条件下的合理性.结果表明,考虑温度场分布的情况下预测的疲劳寿命要低于均一温度假设条件,为温度均一假设适用条件提供了判断依据.     

空心滚珠丝杠在数控机床伺服进给系统中的应用

针对数控机床主轴和伺服传动系统的热误差阻碍进一步提高机床定位精度的问题,对数控机床伺服进给系统的热变形作了深入研究。结果表明:螺母摩擦和轴承摩擦是滚珠丝杠伺服进给系统的主要热源,其摩擦热量与滚珠丝杠转速及轴向载荷几乎成正比;采用空心丝杠和空心螺母有效抑制了滚珠丝杠在高速进给时的热变形量,减小伺服进给系统的稳态误差。     

高速空心滚珠丝杠螺母副热特性的影响因素分析

滚珠丝杠作为机床伺服进给系统的重要元件,其热变形会降低伺服进给系统的定位精度,在机床高速化发展的过程中,滚珠丝杠热变形成为其发展的瓶颈,采用通有冷却介质的空心滚珠丝杠为解决这一问题提供了方法。空心滚珠丝杠定位精度受到以下因素影响:滚珠丝杠轴向载荷、转速、通入空心滚珠丝杠的冷却介质的种类、冷却介质流速以及空心滚珠丝杠内孔的大小,这些因素不仅影响空心滚珠丝杠的冷却效果,而且对空心滚珠丝杠的变形也有很大的影响。研究结果表明:轴向载荷和转速对温度影响较小;专业冷却油更适合用于滚珠丝杠的冷却,合理控制其温升和热变形;热变形和热-结构耦合的分析,给出了最佳内孔直径。为空心滚珠丝杠的设计及研究提供理论依据。