小型数控车床热态性能的分析优化与实验辨识.pdf

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1、机械设计与制造第1期164MachineryDesign&Manufacture2012年1月文章编号：1001—3997(2012)01—0164—03小型数控车床热态性能的分析优化与实验辨识术顾庭瑞(四川工程职业技术学院材料工程系，德阳618000)AnalysisoptimizationandexperimentalidentificationofthermalpropertiesforCNClatheGUTing——rui(DepartmentofMaterialsEngineering，SichuanEngineeringTechnicalCollege，Deyang618000，C

2、hina)【摘要】针对CMK系列小型数控车床运行过程中普遍存在的主轴“翘头”问题，试图通过热变形分析与实验辨识相结合的方法找出上述问题的成因，并给出相应的优化方案，因此，建立了基于有限元法的机床热态特性分析模型来解析整机温度场，同时，通过热应力耦合分析预测了机床各部分的热变形以及主轴的热倾斜，随后，利用红外热成像仪测量、验证了整机温度分布，通过特别设计的六个测点三个方向的热变形实验辨识了主轴系统的热倾斜特性，最后，以降低主轴热倾斜角为目标，给出了提升机床热态性能的两种方案，热优化设计和采用人造花岗岩床身。关键词：数控车床；热变形；热倾斜；实验辨识【Abstract】Aimingatthespi

3、ndleadtiltingofCMKseriesCNClatheinoperation，￡胁causesoftheseproblemsweretriedtobeidentif,edthroughthemethodcombiningthermaldeformationanalysiswithexperimentalidentifcation，andcorrespondingoptimizationprogralTtwasgiven．Therefore，athermalcharac—teristicsanalysismodelbasedonFEMofmachinetoolWasestablishe

4、dtoresolvewholetemperaturefield．Atthesametime，throughthermalstresscouplinganalysis，thethermaldeformationofpartsandthespindleheadtiltingwerepredicted．AfierwardsthewholetemperaturefieldWasmeasuredandverifiedbyinfraredthermalimager，andthespindleheadtiltingaturewa$identedthroughthespeciallydesignedtherm

5、aldeformationtestingwith,sixmeasuringpointsandthreedirections．Finally．aimingatdecreasingspindleetiltinge，twomethodswereproposedforenhancingthethermalpropertiesofmachinetools，thermalop—timizationandbyadoptingartifcialgranitebed．Keywords：CNClathe；Thermaldeformation；Thermaltilting；Experimentalidentific

6、ation中图分类号：TH16，TG502．15文献标识码：A1引言热态特性分析模型l作为影响机床精度的关键因素，热误差一直是国内外学者I整机温度分布—嚣重点关注的问题，特别是其控制与补偿方面，前人做了许多卓有、●，I．．．．．．．．．一l热应力耦合分析l成效的研究T作。科研人员通过优化主轴箱外部筋板位置来降1氐车床的整体热变形量l】'郭策解析了车床主轴系统的热特性，同时，[垂巫至]荐笃簸穑翦黎辏YrL．．．_．．．．．．．_．-．-．．．．．一通过对主轴箱外筋板位置的优化设计降低了主轴的端跳和径跳提升热态性能的方法l误差121，应济提出了重型机床的温度控制策略I31，一些科研人员在数控机床热

7、误差实时补偿方面进行了较深入的研究[41。然而，在热热优化设计ll采用人造花岗岩床身误差的控制与补偿过程中仍存在一些亟待解决的问题，一方面现图1热态特性分析流程图有的机床热变形分析针对关键部件(in主轴)的研究较多，而对整2总体流程机或部件热变形对整机的影响研究较少，另外，还存在针对性不机床热态性能分析优化与实验辨识的总体流程，如图1所示。强、缺乏实验验证等问题；另一方面，在没有消除通过坐标线性平