复合式镗铣加工中心滚珠丝杠的热特性研究

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1、分类号：学校代码：10153UDC：密级：保密硕士学位论文复合式镗铣加工中心滚珠丝杠的热特性研究作者姓名：张辉杰入学年份：2013年9月指导教师：王军教授学科专业：机械设计及理论申请学位:工学硕士所在单位：机械工程学院论文提交日期：2015年11月论文答辩日期：2015年12月学位授予日期：2016年1月答辩委员会主席：舒启林答辩委员会组成：舒启林侯祥林韩泽光关醒权穆存远论文评阅人：!声’明本人声明,所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取的研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人已经发表或撰写过

2、研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我共同土作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢作者签名:涨昭沐、期:z9Lr年丿冫月学位论文版权使用授权书学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用学位论文曲规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁,允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学(或其授权机构)可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏览:α口诈者和导师同意论文交流,请在下方签名;否则视为不同意。)作者和导师同意网

3、上交流的时间为作者获得学位后:不限□半年□一年□一年半□两年Ψ/作者签名:α捎诀、导师签名:鱼多旧期:zOlJ年

4、v月日期:2o1J年1△月硕士研究生学位论文摘要I摘要随着数控机床朝着高速化、高精度化、智能化和自动化的方向发展，对数控机床的可靠性和加工精度提出了更高的要求。滚珠丝杠副具有定位精度高，传动效率高的特点，是数控机床进给系统的关键部件。然而，机床的高速化必然要求进给速度越来越快，高速运转的滚珠丝杠副产生大量的摩擦热，温升导致滚珠丝杠产生变形，是影响进给系统定位精度的重要因素之一。改善滚珠丝杠螺母副的热态特

5、性，对提高数控机床的加工精度至关重要。本文介绍了国内外学者对机床热特性、误差补偿技术的研究现状。以TX1600G镗铣加工中心进给系统的滚珠丝杠为研究对象，研究其结构特点和主要发热源。基于热传导和有限元理论，分析丝杠系统的内部热源和边界条件，并建立了丝杠系统的有限元模型。运用Solidworks软件建立了滚珠丝杆系统几何三维模型，导入到ANSYS有限元分析软件，采用施加移动热载荷的方法模拟出丝杠系统的瞬态温度场，然后进行热-结构耦合分析得出热变形的变化规律。探讨了不同进给速度和对流换热系数对进给系统温度场和热变形的影

6、响，从而得出了减小热变形的有效措施。根据有限元的分析结果，利用模糊聚类分析法和基于灰色关联度的聚类分析法对温度测点进行了优化，选出了最具代表性的温度测点位置。结合TX1600G进给系统的结构特点，确定了丝杠系统的温度场和热误差采集方案，在某一工况下测量丝杠系统敏感点的温度和丝杠上各测点的定位误差。利用误差分离原理，分离了丝杠的热误差。分析了前后轴承、螺母温度随时间变化的关系以及丝杠上各测点热误差和敏感点温度的关系，并与有限分析结果比较，证明了有限元分析结果的正确性。最后采用BP神经网络预测滚珠丝杠的热误差，根据实际

7、情况确定了BP神经网络的结构和训练方法，对滚珠丝杠进行建模。由于BP神经网络模型存在训练时间长，容易陷入局部极值等缺点，运用遗传算法优化BP神经网络的算法权值和阈值，建立GA-BP神经网络模型，并对两种建模方法的准确性进行了比较分析。综上所述，本文围绕滚珠丝杠热特性研究这一主题，以TX1600G镗铣加工中心的进给系统的滚珠丝杠为研究对象，分析丝杠在不同工况下的热特性对机床定位精度的影响，得出丝杠温度和转速、对流换热系数的关系以及热变形与关键点温度、螺母位置的关系。通过滚珠丝杠热特性的研究，获取了对滚珠丝杠的热误差有

8、效预测方法，为丝杠的热误差补偿提供了理论指导。关键词：镗铣加工中心；滚珠丝杠；热特性；GA-BP神经网络；误差建模II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractWiththedevelopmentoftheNCmachinetoolinthedirectionofhighspeed,highprecision,intelligenceandautomation,theprecisionandreliabilityoftheNCmachinetoolsisrequiredimpro

9、ving.Ballscrewpairwhichhashighpositioningaccuracyandhightransmissionefficiency,isanimportantcomponentsofNCmachinetoolfeedsystem.However,highspeedmachinetoolhavetheinevitablerequire