基于热分析的五轴联动数控机床的运动可靠性研究

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装备制造业是关系国计民生的重大基础性产业。数控机床是装备制造业的工作母机,是实现制造技术和装备现代化的前提。五轴联动数控机床是数控机床的高端产品之一,体现了制造业新一代的发展方向。滚珠丝杠和导轨是五轴联动数控机床进给机构的关键零部件,在提高进给机构灵敏度、定位精度等方面起到重要作用。滚珠丝杠和导轨在机床工作时,会发生热变形,进而影响机床的加工精度,本文通过对滚珠丝杠和导轨进行热特性分析,研究这两者的热变形情况,并建立了考虑进给机构热变形时的机床误差模型,将热变形与机床的加工误差联系起来,进而计算机床的运动可靠度。本文主要完成以下三个方面的工作:(1)在ANSYS软件中建立了滚珠丝杠和导轨的模型,并对两者进行热特性分析,得到滚珠丝杠和导轨在机床工作时的变形情况,然后研究了丝杠所受载荷、转速,半径对滚珠丝杠热变形量的影响,以及导轨所受载荷、滑块速度、摩擦系数、导轨截面宽度对导轨热变形量的影响。最后建立上述参数与滚珠丝杠和导轨变形量之间的关系方程,通过这些方程计算丝杠和导轨上的热变形量。(2)建立了VMC650数控机床的拓扑结构图和低序体阵列,以及相邻体之间的特征矩阵,进而建立了VMC650数控机床的通用误差模型,以及只有进给机构热变形误差时的机床误差模型。(3)选择蒙特卡罗法计算VMC650数控机床在三个轴向方向上的运动可靠度。并采用Visual Basic语言将运动可靠性的计算过程编写为相应的代码,开发了计算该机床运动可靠性的软件。该软件可以计算任意位置上滚珠丝杠和导轨的变形量以及机床在三个轴向方向上的运动可靠度。
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