床热变形产生的原因及常用控制方法[1]

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机床热变形产生的原因及常用控制方法

作者：赵中敏， Zhao Zhongmin
作者单位：江苏淮海工学院,江苏,222069
刊名：
重型机械科技
英文刊名： HEAVY MACHINERY SCIENCE AND TECHNOLOGY


年，卷(期)：2007，(4)
被引用次数：0次

参考文献(8条)
1.应济固体热接触理论及机床热结构优化研究[学位论文] 1995
2.杨庆东.陈焱欧共体对机床热变形的研究[期刊论文]-制造技术与机床 2000(07)
3.Jbryan International Status of Thermal Error Research 1990(02)
4.刘又午数控机床误差补偿技术及应用发展动态及展望 1998(12)
5.Ramesh R.annan MA PooAN Error compensation in machine tools-a review partII:thermal errors
2000(09)
6.居冰峰.傅建中NC机床恒温立柱模型的建立及热模态实验研究[期刊论文]-中国机械工程 1999(06)
7.王金生.翁泽宇.姚春燕ANSYS在数控铣床热特性分析中的应用[期刊论文]-2004(03)
8.Okuyama Shigeki.Okuda Hiroki.Iwaya Takeshi Thermal deformation of CNC surface grinding machine
under the warming-up operation 1997(01)


相似文献(10条)
1.期刊论文王金生.郑雪梅.汪超.WANG Jinsheng.ZHENG Xuemei.WANG Chao减少机床热变形方法的研究 -机床与
液压2006(2)
机床在各种热源的作用下,产生热变形,影响工件与刀具之间的相对位移,造成加工误差,从而影响零件的加工精度.所以,减少机床热变形对提高机床
加工精度是极其重要的.本文对机床工艺系统的主要热源进行了分析,并对减少机床热变形的方法及国内外研究的现状进行了讨论.

2.期刊论文郭学祥.胡友民.夏军勇.吴波.GUO Xue-xiang.HU You-min.XIA Jun-yong.Wu Bo基于有限元分析的机
床导轨热变形研究 -组合机床与自动化加工技术2007(3)
高速高精度机床切削加工过程中,在多种热源的作用下导轨会产生热变形,影响工件与刀具间的相对位置,造成加工误差.找出导轨热位移较大的点,并
分析其对加工精度的影响,对于减小加工误差提高加工精度至关重要.文章在对导轨热边界条件进行分析的基础上,应用有限元分析方法,建立了一类机床
导轨的有限元热变形分析模型,并进行了热变形分析计算,为分析导轨的热变形对加工精度的影响提供了依据,并为机床综合热误差补偿提供参考.

3.学位论文张佳伟大尺寸双驱动丝杠非同步热变形误差补偿机理研究 2009
数控机床正在向大型化、高精度、智能化方向发展，随着对数控机床精度的要求日益提高，解决机床热变形引起的加工误差成为日益突出的问题。
因此，大尺寸丝杠的温度补偿是大型精密数控机床研发中的关键技术之一。本文针对大型精密数控机床大尺寸丝

杠热变形问题开展机理及补偿技术研究
。


本文首先阐述了课题研究背景及重要意义，综述了国内外在误差补偿技术的研究现状。


在分析丝杠热变形特征的基础上，对大尺寸驱动丝杠受环境温度的影响而产生的非均匀热变形效应进行了分析，开发了适用于研究丝杠热变形的实验装
置，提出了合理可行的实验方案；


以实验数据为基础，通过对比不同的拟合算法，在MATLAB 软件支持下，探索出了温度变化曲线和丝杠变形曲线之间的对应关系以及热源位置对变形的
影响。采用高斯曲线函数拟合方式获得了丝杠全尺寸热变形温度函数，实现了通过对温度函数的运算可求得丝杠理论变形量，并与实际采集到的丝杠实
际变形量进行比较分析，发现了影响拟合精度的主要因素，提出了相应的解决方法，为实现大尺寸丝杠的热误差补偿打下了技术基础。


最后，对本文的研究工作进行了回顾和总结，并对研究工作中存在的一些问题，提出了进一步改进的建议和措施。

4.期刊论文赵强.刘素明.张令.徐辉.ZHAO Qiang.LIU Su-ming.ZHANG Ling.XU Hui机床热变形产生机理及控制措
施 -煤矿机械2008,29(1)
通过对机床的热变形产生和热源探讨与研究,用理论分析和实验2种方法进而分析机床热变形对于加工精度的影响,从而提出相应的控制与防止热变形
的具体措施,对于机床热变形取得了良好的防范效果.

5.期刊论文闫占辉.曹毅.YAN Zhan-hui.CAO Yi环境温度分布特征及其对机床热变形影响规律的分析 -汽车工艺
与材料2001(10)

给出了零件加工精度与机床精度、基础热变形以及机床热变形之间的定量关系;通过试验分析了车间环境温度分布特征和环境温度变化对机床精度的
影响规律,并得出相应的结论.

6.学位论文何震机床滚珠丝杠系统热特性分析及其热变形补偿 2009
数控机床的定位精度是反映机床性能的一项重要指标，是影响工件加工精度的重要因素。由于滚珠丝杠和螺母、各支座之间相对运动所产生的热变
形，严重影响定位精度，由于机床加工时工况多变，其丝杠的热变形状况不甚一致。本文结合某机床的滚珠丝杠系统，首先利用有限元分析方法，建立
其有限元分析模型从而达到对滚珠丝杠系统进行热特性分析目的，为实施其热变形补偿提供理论依据。其次分析滚珠丝杠运动特点，设计热变形补偿实


验，并应用多元线性回归方法对滚珠丝杠进行热变形补偿研究，其主要工作概括为如下几个方面：

1.建立了滚珠丝杠系统三维温度场数学模型，并基于弹性力学、热变形基本方程和有限元理论建立了热变形的数学模型。
2.

建立了滚珠丝杠系统三维CAD模型，并对有限元网格划分和结合面间的热接触传导进行了探讨，在此基础上建立了热特性有限元模型，为CAE分析
奠定了基础。
3.在分析丝杠系统内部热源、边界条件的基础上，建立了该系统温度场的有限元模型。基于有限元法对系统的温度场，和热变形进行了详细的分析
，为实施滚珠丝杠系统的热变形补偿提供了强有力的理论依据。
4.根据有限元热特性分析结果设计实施热补偿方案，利用节点温度和滚珠丝杠热漂移的相关性分析来设计测温点的布局，用多元线性回归方法，针
对某型号数控机床，建立了滚珠丝杠系统的热误差补偿模型，并开发出与之相应的建模软件模块。
论文成果为建立滚珠丝杠系统的热特性有限元数学模型和对滚珠丝杠系统的热变形补偿研究做出了有益的贡献。通过有限元分析结果和实验结果的
比较，验证了理论分析结果的正确性；其次对系统进行了热变形补偿研究，使机床滚珠丝杠系统的热变形误差达到其补偿精度要求。

7.期刊论文范晋伟.王波雷.张涛.宋嵩基于能量输入与耗散反馈原理的机床热变形预报方法的研究 -机床与液压
2010,38(7)


热变形是影响数控机床尤其是精密和超精密机床加工精度进一步提高的主要障碍.在研究一维钢轴热伸长理论模型的基础上,从能量角度入手,提出一
种新的基于能量输入与耗散反馈原理的机床热变形预报模型的建立方法,并通过实验证明该模型具有较高的预报精度.

8.期刊论文邹济林机床热变形的控制与防止 -机床与液压2001(5)
本文通过机床的热变形热源分析以及机床在工作状况下对加工精度的影响,从而提出相应的控制与防止热变形的具体措施.

9.学位论文朱晓勇基于能量输入与耗散反馈理论的机床热误差实时分析与预报 2009
随着科学技术的发展，航空航天工业、电子工业、能源工业、军事工业、交通运输等国民经济各产业部门对机械加工精度的要求越来越高。在众多
影响数控机床加工精度的因素中，机床的热变形问题日益引起了人们的重视。为削除和减少机床热变形对加工精度的影响，海内外学者开展了大量而且
丰富的研究工作。然而现有的方法都或多或少存在着一些缺陷，难以实际应用。本文通过对机床热变形的深入研究，提出了一种新型的解决思路，并建
立了相应的热误差预报模型。

本文首先从机床的热源分布以及发热机理进行研究，了解机床发热的关键部件及其主要原因。对ZK7640数控机床的主要结构部件进行测量，借助于
三维建模软件ProENGINEER Wildfire3.0建立ZK7640三维实体模型，然后导入到有限元分析软件ANSYS中

，加载相应的生热率、对流换热系数等，对
ZK7640数控机床进行模拟分析，得到相对应的各关键部件温度变化曲线与热变形位移云图，为下一步的实验研究做充分的准备。

利用多体系统理论坐标变换的方法，推导出了基于ZK7640数控铣床的几何误差与热误差综合数学模型。

通过分析一维机床主轴热传导模型，建立基于能量输入与耗散反馈理论的机床主轴的热传导模型，并对一维机床热传导模型进行验证发现有相对较
高的预报精度。在ZK7640数控铣床上做了大量的实验。通过机床电源总线前端的电能表检测出机床的总体输入能量，运用热电偶传感器得出不同时刻机
床的环境温度，并通过运用天工组态软件编写的温度数据对话框读取数据，根据第四章推导的公式计算出不同时刻机床耗散能。利用涡电流位移传感器
以及与之配套的动态数据采集系统测出不同时刻机床的热变形误差，最后利用回归分析法从而拟合出能量偏差与热变形方程。

10.期刊论文闫占辉.于骏一.曹毅环境温度变化对机床基础热变形的影响规律 -吉林大学学报(工学版)
2002,32(1)
在周期性热传导和弹性地基梁的基础上,分析了环境温度变化对机床基础热变形的影响规律.结果表明,随着基础深度的增加,基础温度分布为呈负指
数规律递减的简谐波,且变形主要集中在距基础两端距离为π/(2β)以内.为此,本文提出双层基础这一新结构,使上层基础处于非主要变形区,且使其自重
变形能够自动补偿环境温度变化引起的热变形,从而提高了机床的加工精度及其稳定性.

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