高精度机床螺栓联接与精度保持性的相关性机理研究

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1、学校代码：10286分类号：TH161密级：公开UDC：621学号：150229高精度机床螺栓联接与精度保持性的相关性机理研究研究生姓名：王先根导师姓名：张建润教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称机械工程论文答辩日期2018年6月1日二级学科名称机械制造及其自动化学位授予日期20年月日答辩委员会主席陈南教授评阅人2018年6月7日硕士学位论文高精度机床螺栓联接与精度保持性的相关性机理研究专业名称：机械制造及其自动化研究生姓名：王先根导师姓名：张建润教授本论文获江苏省科技支撑重点项目“大型五轴高速精密龙门加工中心绿色设计技术与应用研究”（项目编号：BE2014

2、004-3）资助。CORRELATIVEMECHANISMSTUDYBETWEENBOLTCONNECTIONANDACCURACYRETENTIONOFHIGHPRECISIONMACHINETOOLAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYWangXiangenSupervisedbyProf.ZhangJianrunSchoolofMechanicalEngineeringSoutheastUniversityApril2018东南大学学位论文独创性声明

3、本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。尽我所，知，论，除了文中特别加以标注和致谢的地方外文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果一也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：ｎｊｌ曰期：ｌｏ＾．）东南大学学位论文使用授权声明（）》东南大学、国家图书馆、《中国学术期刊光盘版电子杂志社、中国科学技术信息研究所有限公司、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印、万方数据电子出版社件和

4、电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的＇％一致，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形内容相。除在保密期内的保密论文外式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：ｎｉ导师签名期：摘要高精度机床螺栓联接与精度保持性的相关性机理研究摘要与国外高精度机床相比，国产数控机床在服役过程中普遍暴露出精度保持性差的问题，已成为制约其行业竞争力的关键所在。对于一般的大型/重型数控机床，作为基础大件的床身大多采用地脚螺栓组联接方式，其现场安

5、装后的结构稳定性将直接影响整个数控机床的加工精度及其精度保持性。地脚螺栓组依次预紧时的螺栓间弹性相互作用及基于时效硬化的螺栓蠕变松弛效应会导致床身的几何尺寸及应力分布发生变化，进而影响机床的几何精度及精度保持性。本文以多螺栓联接组件作为研究对象，主要进行了螺栓组弹性相互作用及蠕变松弛效应理论建模、螺栓蠕变力计算公式推导等方面的工作，并应用推广实现五轴龙门加工中心地脚螺栓组预紧工艺参数量化分析与预紧方案优化，主要的研究内容包括以下几个方面：（1）从单螺栓联接结构弹性交互刚度理论建模入手，计算获得单螺栓联接弹性交互刚度表达式，在此基础上通过简化被连接件螺栓孔单元为“弹簧-节点”结构

6、建立了四螺栓联接结构理论模型，并推广到一般性n螺栓弹性相互作用通用模型，获得了螺栓组按照一定顺序预紧后各螺栓的残余预紧力表达式；（2）采用通用的基于时效硬化的幂律模型描述螺栓蠕变松弛行为，建立了螺栓轴向蠕变变形数学模型并推广到一般性n螺栓弹性相互作用及蠕变松弛效应综合作用通用模型，获得了螺栓组按照一定顺序预紧后各螺栓的残余预紧力表达式。此外，引入螺栓蠕变力概念精准描述螺栓在蠕变过程中的轴向蠕变行为，并结合有限元仿真技术针对五轴龙门加工中心地脚螺栓组建立了各螺栓螺栓蠕变力通用公式。（3）综合理论推导、数值仿真及实验测试等手段，计算分析了螺栓间弹性相互作用对螺栓组残余预紧力分布的影

7、响，同时验证了弹性相互作用通用模型的准确性。基于实验测试分析了不同螺栓预紧方案对于螺栓组内各螺栓残余预紧力均匀性分布的影响。（4）基于床身两侧导轨安装面最小安装变形误差及均匀螺栓结合面应力分布的设计准则，量化分析了螺栓组预紧顺序、等幅加载的预紧步数及变幅加载的首步预紧力加载比例对于导轨安装面几何精度、结合面压力分布均匀性以及精度保持性的影响，结果表明按照两边向中间顺序、分两步加载且首步预紧力加载比例为50%时对应的地脚螺栓组预紧效果最佳，并结合理论建模分析预紧方案优化前后地脚螺栓蠕变力及床身