本文關鍵詞：高速銑削電主軸熱特性分析及熱誤差補償方法研究

  更多相關文章： 電主軸 熱特性分析 熱誤差 多元線性回歸 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡

【摘要】：隨著數(shù)控機床對加工精度和加工效率的要求越來越高,電主軸的應用越來越普遍。由于電主軸熱變形對數(shù)控機床的加工精度具有較大的影響,因而研究電主軸由熱產(chǎn)生的熱變形及如何補償熱誤差對數(shù)控機床精度提高具有重大意義。本文圍繞高速銑削電主軸的熱態(tài)特性及熱誤差預測模型展開分析及研究,主要完成了以下工作：(1)以高速銑削電主軸為研究對象,詳細分析了電主軸的結構及主要熱源。根據(jù)傳熱學理論,深入研究了電主軸的傳熱特點。根據(jù)其熱源及傳熱方式及特點,詳細計算了電主軸熱源的生熱率和對流等邊界條件。特別對電主軸單元主要的生熱與傳熱元件——主軸軸承的傳熱機理進行了深入研究,根據(jù)能量守恒理論,利用離散熱節(jié)點的方法,建立了熱阻網(wǎng)絡,利用熱節(jié)點微分方程確定了主軸軸承接觸熱阻等主要的傳熱參數(shù)。(2)建立了主軸軸承接觸區(qū)熱阻的電主軸熱態(tài)分析模型,運用有限元法對電主軸單元溫度場及熱變形規(guī)律作了深入研究。研究了轉速對電主軸單元溫度的影響,探討了電主軸熱位移的變化規(guī)律,及主軸前端的熱變形及其對加工精度的影響。提出了通過改善主軸軸承的潤滑方式,減少電主軸單元的熱變形影響的方法。(3)搭建了電主軸試驗平臺,提出利用電主軸溫度場分布規(guī)律布置溫度傳感器的試驗方法。根據(jù)試驗數(shù)據(jù),采用多元線性回歸的方法建立熱誤差補償模型,并對比分析了二元一次線性回歸與二元二次線性回歸熱誤差補償模型的預測精度及穩(wěn)定性。同時,提出了利用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡的方法建立熱誤差補償模型,對徑向神經(jīng)網(wǎng)絡的精度進行了評定,并與多元線性回歸熱誤差補償模型進行比較。通過研究得到以下結論：(1)轉速對軸承溫度場有較大影響,溫度隨轉速升高而增大,轉速升至6000r/min后溫度幅值上升較大,且軸承中的熱梯度受到接觸區(qū)熱阻的影響,隨著轉速的升高軸承內部溫差增大。(2)冷卻系統(tǒng)對電機定子有明顯的降溫和均化電主軸溫度場的作用；在中低轉速下,軸承座溫度與定子溫度的仿真值與實測值接近；通過仿真分析,改變軸承的潤滑方式能有效降低軸承溫度,進而減少電主軸熱變形；主軸前端軸向熱位移最大,且在溫度場穩(wěn)定前變化較明顯。(3)在建立多元線性回歸熱誤差補償模型中,二元完全平方熱誤差預測模型精度及穩(wěn)定性上都優(yōu)于二元一次模型。多元線性回歸預測模型對徑向熱位移有較好的預測精度,而對位移較大的軸向熱誤差補償率較低且魯棒性較差。相比多元線性回歸熱誤差補償模型,徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡模型無論在精度還是穩(wěn)定性上都更好,更適合用于電主軸熱誤差補償建模。
【關鍵詞】：電主軸 熱特性分析 熱誤差 多元線性回歸 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG547
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 課題研究背景及意義14-15
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 高速電主軸發(fā)展現(xiàn)狀15
• 1.2.2 高速電主軸熱特性研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 熱誤差補償與建模研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 項目的來源與本文主要研究內容18-20
• 1.3.1 項目來源18
• 1.3.2 本文的主要研究內容18-20
• 第二章 電主軸單元熱源與傳熱機理分析20-41
• 2.1 電主軸單元20-24
• 2.1.1 電主軸電機21-22
• 2.1.2 電主軸軸承22-23
• 2.1.3 電主軸的冷卻系統(tǒng)23-24
• 2.2 電主軸單元熱源及其發(fā)熱24-29
• 2.2.1 電機發(fā)熱分析與計算24-26
• 2.2.2 軸承生熱分析與計算26-29
• 2.3 電主軸單元傳熱機理與傳熱參數(shù)計算29-40
• 2.3.1 傳熱基礎理論29-32
• 2.3.2 電機傳熱分析與計算32-35
• 2.3.3 主軸軸承傳熱分析與計算35-39
• 2.3.4 電主軸其他位置傳熱分析與計算39-40
• 2.4 本章小結40-41
• 第三章 電主軸單元熱特性分析41-54
• 3.1 電主軸有限元模型建模41-45
• 3.1.1 有限元模型處理與建模步驟41-42
• 3.1.2 有限元分析中接觸區(qū)熱阻的轉換及設置42-45
• 3.2 電主軸單元熱穩(wěn)態(tài)分析45-48
• 3.2.1 額定轉速下電主軸溫度場特性45-47
• 3.2.2 不同轉速下軸承溫升特性47-48
• 3.3 電主軸的熱-結構耦合分析48-52
• 3.3.1 熱-結構耦合仿真方法48-49
• 3.3.2 熱-結構耦合分析49-52
• 3.4 電主軸單元熱態(tài)特性改善措施52-53
• 3.5 本章小結53-54
• 第四章 電主軸單元誤差檢測與分析54-61
• 4.1 電主軸試驗平臺54-56
• 4.1.1 多通道數(shù)據(jù)采集儀54-55
• 4.1.2 電渦流位移傳感器55-56
• 4.1.3 標準球目標56
• 4.2 電主軸熱誤差試驗方案56-58
• 4.2.1 傳感器布置56-57
• 4.2.2 試驗方法57-58
• 4.3 電主軸熱誤差數(shù)據(jù)采集58-60
• 4.4 本章小結60-61
• 第五章 電主軸單元熱誤差建模方法研究61-79
• 5.1 基于多元線性回歸的熱誤差模型61-69
• 5.1.1 多元線性回歸分析基本理論61
• 5.1.2 多元線性回歸熱誤差建模應用61-69
• 5.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡基本理論69-72
• 5.2.1 神經(jīng)元模型69-71
• 5.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡結構71-72
• 5.3 基于徑向基(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡的熱誤差模型72-78
• 5.3.1 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡模型72-73
• 5.3.2 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡的具體實現(xiàn)73-74
• 5.3.3 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡學習算法及設計方法74-75
• 5.3.4 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡熱誤差建模應用75-78
• 5.4 本章小結78-79
• 總結與展望79-81
• 參考文獻81-85
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文85-87
• 致謝87

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