本文關(guān)鍵詞：基于“S”形檢測(cè)試件的切削熱誤差分析

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【摘要】：五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是一種復(fù)雜的高精度制造裝備,加工精度作為五軸機(jī)床最重要性能指標(biāo)之一,成為機(jī)床廠家和用戶關(guān)注的重點(diǎn)。導(dǎo)致加工精度降低的各項(xiàng)誤差中,切削熱導(dǎo)致的工件溫升和熱膨脹變形是重要的誤差來源。本文以成飛提出的用于檢測(cè)機(jī)床性能的“S”形檢測(cè)試件為研究對(duì)象,結(jié)合理論建模、仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,研究切削過程中溫度場(chǎng)、熱變形對(duì)試件加工精度的影響,并預(yù)測(cè)和分析切削熱誤差。主要工作內(nèi)容如下:1、在切削原理分析的基礎(chǔ)上,建立了熱源強(qiáng)度計(jì)算模型,給出了基于接觸面瞬時(shí)相等原理的剪切區(qū)和刀件摩擦區(qū)熱量傳入工件比例的計(jì)算方法。提出了將切削溫升過程視為間歇性加熱和降溫過程的方法,解決了以往文獻(xiàn)中理論模型計(jì)算溫升結(jié)果偏高的問題,并且間歇性模型更加符合實(shí)際切削情況,使得理論溫升模型的正確性和可信度較之以往文獻(xiàn)有了很大的提高。建立了基于線熱源疊加原理的切削溫度場(chǎng)理論模型,為切削熱誤差的分析奠定理論基礎(chǔ)。2、建立了基于LS-DYNA軟件平臺(tái)的“S”件切削熱分析有限元計(jì)算模型。通過實(shí)際加工參數(shù)計(jì)算溫度載荷的大小和作用時(shí)間,解決了熱載荷施加問題。給出了基于冷卻液施加方式的強(qiáng)制對(duì)流系數(shù)計(jì)算方法,解決了冷卻邊界條件建模問題。基于該有限元模型,開展了“S”形試件加工熱—力耦合仿真。本有限元模型不僅優(yōu)化了切削熱載荷的施加方法,而且考慮了冷卻液影響、實(shí)際加工運(yùn)動(dòng)軌跡和切屑分離,使得仿真環(huán)境更接近實(shí)際工況。3、在PARPAS PM20五軸數(shù)控加工中心上設(shè)計(jì)并搭建了基于熱電偶法的“S”試件加工過程溫度場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上開展了切削熱測(cè)量實(shí)驗(yàn),獲得加工過程中“S”形試件各位置溫度變化曲線,并利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了切削熱仿真是合理可信的。4、采用單一變量法分析了主軸轉(zhuǎn)速、切削厚度、進(jìn)給速度對(duì)“S”形試件切削熱的影響規(guī)律,通過有限元仿真預(yù)測(cè)了“S”形試件加工過程中的切削熱變形,并預(yù)測(cè)和分析了由此產(chǎn)生的切削熱誤差。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)量的輪廓度誤差結(jié)果,一定程度上驗(yàn)證了熱誤差預(yù)測(cè)方法的正確性,并分析了切削熱誤差對(duì)于“S”形試件加工誤差的影響程度,最后對(duì)切削熱誤差進(jìn)行了分離。
【關(guān)鍵詞】：“S”形檢測(cè)試件 溫度場(chǎng) 熱力耦合仿真 溫度實(shí)驗(yàn) 切削熱誤差
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG659
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題研究背景、目的和意義11-12
• 1.2 切削熱國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 切削熱數(shù)學(xué)建模研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 切削熱有限元法研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 切削熱實(shí)驗(yàn)法研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 切削溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型建立19-34
• 2.1 金屬切削基本原理19-22
• 2.1.1 切削機(jī)理分析19-20
• 2.1.2 參數(shù)計(jì)算20-22
• 2.2 熱源強(qiáng)度計(jì)算22-24
• 2.2.1 切削熱源和熱傳導(dǎo)模型22-23
• 2.2.2 剪切區(qū)和刀件摩擦區(qū)熱源強(qiáng)度23-24
• 2.3 熱量分配比例計(jì)算24-26
• 2.3.1 接觸面溫度瞬時(shí)相等原理24-25
• 2.3.2 刀件摩擦區(qū)熱量傳入工件比例25-26
• 2.3.3 剪切區(qū)熱量傳入工件比例26
• 2.4 切削溫度場(chǎng)建模26-33
• 2.4.1 移動(dòng)線熱源溫升模型建立26-30
• 2.4.2 間歇式切削溫升模型建立30-32
• 2.4.3 溫度場(chǎng)模型建立32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章“S”形試件切削熱有限元仿真34-49
• 3.1“S”形試件仿真溫度載荷加載方式34-36
• 3.1.1 熱源載荷施加34-35
• 3.1.2 間歇性切削溫度載荷施加35-36
• 3.2“S”形試件仿真冷卻液處理方法36-38
• 3.2.1 冷卻液條件施加方式36-37
• 3.2.2 強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算37-38
• 3.3 線性回歸法計(jì)算切削力載荷38-40
• 3.4“S”形試件有限元模型建立40-45
• 3.4.1 刀具和“S”試件三維模型簡化40-42
• 3.4.2 材料模型和網(wǎng)格劃分42-44
• 3.4.3 切屑分離條件選擇44-45
• 3.5 有限元仿真結(jié)果分析45-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第四章“S”形試件切削溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)49-60
• 4.1 熱電偶溫度測(cè)量原理49-50
• 4.2 溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)方案50-55
• 4.2.1“S”形試件溫度測(cè)量點(diǎn)選擇50-53
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備53-54
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容54-55
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析55-57
• 4.4 切削溫度場(chǎng)仿真結(jié)果驗(yàn)證57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第五章“S”形試件切削熱誤差預(yù)測(cè)和分析60-75
• 5.1“S”形試件切削熱誤差預(yù)測(cè)60-65
• 5.1.1 切削熱誤差形成機(jī)理60-61
• 5.1.2“S”形試件切削熱變形仿真61-63
• 5.1.3 切削熱誤差預(yù)測(cè)63-65
• 5.2“S”形試件切削熱誤差影響因素分析65-69
• 5.2.1 主軸轉(zhuǎn)速對(duì)“S”件切削熱影響65-66
• 5.2.2 切削厚度對(duì)“S”件切削熱影響66-67
• 5.2.3 進(jìn)給速度對(duì)“S”件切削熱影響67-69
• 5.3 輪廓度誤差實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果69
• 5.4“S”形試件切削熱誤差分析69-74
• 5.4.1 切削熱誤差影響程度70-73
• 5.4.2 切削熱誤差分離73-74
• 5.5 本章小結(jié)74-75
• 第六章 總結(jié)與展望75-77
• 6.1 本文工作總結(jié)75-76
• 6.2 后續(xù)工作展望76-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-82

【參考文獻(xiàn)】

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1 武凱,何寧,姜澄宇,李亮,何磊;立銑空間力學(xué)模型分析研究[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2002年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 郭魂;航空多框整體結(jié)構(gòu)件銑削變形機(jī)理與預(yù)測(cè)分析研究[D];南京航空航天大學(xué);2005年

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本文編號(hào)：888376