應(yīng)用有限元法建立兩類機(jī)床有限元模型對(duì)其熱特性進(jìn)行分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(草稿版)-文庫吧
2025-04-23 11:17 本頁面
【正文】 20 世紀(jì) 60 年代 ,陸續(xù)發(fā)表了一些有關(guān)機(jī)床熱變形理論方面的文章。開始階段是利用熱工學(xué)理論知識(shí)研究機(jī)床熱變形問題 ,初步建立了溫度場與熱變形之間的定性關(guān)系。直到 70 年代初 ,由于計(jì)算機(jī)等分析工具和遠(yuǎn)紅外熱像儀、激光全息照相等測試技術(shù)在熱變形研究中的有效應(yīng)用 ,使機(jī)床熱變形研究進(jìn)入了定量分析的新階段 ,開始利用有限差分法和有限元法計(jì)算復(fù)雜的機(jī)床基礎(chǔ)件的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)溫度場和熱變形 。 在近 20年來，特別是 90年代以來，隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場競爭越來越激烈，數(shù)控 切削技術(shù)應(yīng)運(yùn) 而生。隨著數(shù)控加工機(jī)理、數(shù)控主軸單元、高加（減）直線進(jìn)給電機(jī)及高性能控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，為數(shù)控加工技術(shù)在制造領(lǐng)域的成功應(yīng)用提供了基本條件。德國切削物理學(xué)家薩洛蒙（ ） 就對(duì)數(shù)控切削技術(shù)進(jìn)行了研究。薩洛蒙發(fā)現(xiàn)，當(dāng)切削速度超過某一數(shù)值時(shí)，隨切削速度增大，切削溫度不升反降，這與常規(guī)速度切削現(xiàn)象相反，而且這一臨界速度值與工件材料的特性有關(guān)。美國相關(guān)機(jī)構(gòu) 在上世紀(jì) 70 年代進(jìn)行了高速切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：切削力下降，表面質(zhì)量提高，加工效率提高 3倍左右。其它西方發(fā)達(dá)國家也在高速加工技術(shù)方面做了許多工作，尤其德國，在高速數(shù)控加工機(jī)床、刀具、控制系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)方面，均走在世界的前列。日本對(duì)于高速加工的機(jī)理研究也比較早，并積極地將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于制造領(lǐng)域， 90年代以來，日本已成為世界上為數(shù)不多的 主要高速數(shù)控機(jī)床的供應(yīng)者之一。 我國在 20 世紀(jì) 50 年代就開始了機(jī)床熱變形的研究，當(dāng)時(shí)大連工學(xué)院在一臺(tái)內(nèi)圓磨床上定程磨削一批零件并進(jìn)行測量，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)法對(duì)零件尺寸誤差進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)床熱變形是引起零件加工誤差的主要原因。 20 世紀(jì) 60－ 70 年代，北京機(jī)床研究所，上海機(jī)床廠等單位對(duì)熱變形做了大量的研究工作，浙江大學(xué)等院校、科研單位對(duì)機(jī)床熱態(tài)幾何精度超差問題進(jìn)行了攻關(guān)。此后，許多學(xué)者在熱變形方面做過較深入的研究 ，如清華大學(xué)的高賽、曾理江等人提出使用三路單光束干涉儀對(duì)機(jī)床主軸熱誤差進(jìn)行非接觸式的實(shí)時(shí)測量，實(shí)驗(yàn)結(jié) 果表明，該方法快速、準(zhǔn)確，測量誤差可達(dá)到 m[10]。東南大學(xué)的郭策博士利用有限元法建立了主軸系統(tǒng)的三維溫度場模型，對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的熱性能分析，在獲得主軸系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)溫度場的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算出主軸系統(tǒng)在熱 力結(jié)構(gòu)耦合條件下的變形。我國在熱設(shè)計(jì)方面雖然取得一些成果，但與國外相比仍有較大差距。 目前減少熱誤差，提高機(jī)床加工精度有兩種基本方法，第一種是誤差預(yù)防法，這是一種“硬技術(shù)”，其通過改進(jìn)設(shè)計(jì)和制造途徑消除或減少可能的熱誤差源，提高制造精度，或者控制溫度來滿足加工精度要求；第二種是誤差補(bǔ)償技術(shù)，人為地造出 一種新的誤差去抵消當(dāng)前成為問題的原始誤差，是一種既有效又經(jīng)濟(jì)的提高機(jī)床加工精度的手段。本文采用誤差預(yù)防法對(duì)機(jī)床主軸系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其散熱特性好，提高其加工精度。 主要研究內(nèi)容 本論文研究的目的是結(jié)合國內(nèi)市場急需的若干種高速精密數(shù)控機(jī)床的開發(fā)，以機(jī)床主軸系統(tǒng)熱態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的提高為目標(biāo)，為我國機(jī)床制造業(yè)上水平提供理論和技術(shù)支持。論文以 CK1416 數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)作為研究對(duì)象。建立機(jī)床主軸溫度場的有限元分析模型。基于有限元對(duì)機(jī)床主軸溫度進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為CK1416 數(shù)控機(jī)床主軸的熱變形奠定了基礎(chǔ)。論文著重研究主軸 3D 建模、溫度場和熱變形的有限元分析及基于穩(wěn)態(tài)的熱變形分析 。所得結(jié)果是理論上的最優(yōu)解，所研究的主軸系統(tǒng)具有良好的熱態(tài)特性。 第二章 ProE 及 3D 建模 ProE 簡介 Pro/Engineer 操作 軟件 是美國參數(shù)技術(shù)公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE 一體化的三維軟件。 Pro/Engineer 軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位， Pro/Engineer 作為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE 軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置 。 Pro/E 第一個(gè)提出了 參數(shù)化設(shè)計(jì) 的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。 Pro/E 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上 。 Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用 。 1． 參數(shù)化設(shè)計(jì)，相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量 的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，
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