超精密光学磨床主轴的温度场分布及其优化设计

为了提高所设计的超精密光学磨床精度和提高温度场分析的准确性,利用有限元分析软件ANSYS和热力学理论,分析了超精密光学磨床主轴的温度场分布。首先,建立自由电子气模型,计算出自主设计的超精密光学磨床主轴材料的热导率;进而研究分析不同结构、不同环境下机床主轴的温升规律;最后,提出了基于热力学分析结果的一系列主轴结构优化方法,采取对主轴和点接触件进行优化设计,减小热源与主轴之间的接触面积等方法,减小机床主轴的热变形,从而提高超精密光学磨床的精度。     

超精密光学磨床减小热误差的结构优化

热变形是影响超精密机床精度的关键因素之一,而热导率是分析机床热变形准确度的决定性因素。为了保证机床温度场分布分析的准确性,提高机床的精度,提出一种基于热力学理论的热导率分析模型以及结合有限元分析的机床结构优化方法。建立自由电子气模型以及Debye模型,分别计算出自主设计的超精密光学磨床所采用的几种材料的热导率,提高热导率的准确性;进而利用有限元软件ANSYS分析机床主轴、溜板箱和床身的温度场分布;研究分析不同机床结构下主轴和机床整体的温升规律,提出基于热力学分析结果的一系列超精密光学磨床结构优化方法,针对误差敏感方向,采取对电动机与溜板箱的连接件以及电动机和主轴的接触件进行优化设计,减小热源与主轴、箱体之间的接触面积等方法,使机床热变形减小,提高了机床的精度。     

数控立式加工中心主轴热变形实验测试与分析

在精密切削加工技术领域,机床发热变形是影响加工精度的主要因素。设计Labview数据采集软件以及Matlab数据分析软件;对某数控立式加工中心主轴热变形进行测试实验;分析影响主轴热变形的主要因素,即主轴转速、主轴温度对机床主轴热变形的影响;应用人工神经网络技术对热变形进行非线性建模;为精密机床热误差补偿提供技术支撑。     

热误差补偿功能在机床领域的应用

随着机床零部件的精度越来越高以及数控系统控制的高速发展,使得几何误差对机床整体的精度影响越来越小。而现代加工机床的加工特点,长时间的处于高速切削和快速进给的状态下连续运转,由于机床运动部件产生摩擦热、切削热以及外部热源等会引起系统的热变形,造成机床床身和主轴丝杠等主要部件的快速升温,且受热不均匀,产生由于温度的变化导致的精度误差,在精密及超精密加工中,热误差的影响非常严重,占机床总误差的40%~70%。通过热误差补偿功能,在不改变机床结构的前提下,能大大提高机床的加工精度和稳定性。     

玻璃陶瓷高精度主轴

超精密机床主轴轴承常采用回转精度高、刚度大、吸振性好的静压轴承,可是,静压轴承的摩擦损失引起的发热还是较大的,这会使主轴在轴向产生热位移,致使加工精度受到影响。解决这一问题的关键是寻找一种热膨胀趋于零的主轴材料。过去,减小热变形的对策,是把加工产生的热传给另外的某种媒体,以防止要求物体的温度升高。可是这种方法由于不能将热变形量变为零,依然无法避免主轴的热变形造成的加工误差。现在,在超精密加工中为了减小机床的热变形,多采用一些控制室温、     

基于多体系统理论面齿轮数控磨床综合误差建模及分析

运用多体系统运动学理论及Denavit-Hartenberg齐次坐标变换,分析了面齿轮数控磨床几何误差和热误差。根据面齿轮啮合原理及磨削误差产生机理,建立了包含几何误差和热误差的面齿轮数控磨削加工机床综合误差数学模型。基于小误差假设,运用matlab软件,得到了磨床6个自由度的误差表达式。并对砂轮主轴运动所产生的6个误差与6个自由度之间的关系进行了分析和验证。对面齿轮加工精度的提高和机床误差建模提供了依据。     

数控螺杆转子磨床主轴热特性实验及分析

主轴热误差是影响机床加工精度的一个主要因素。针对数控螺杆转子磨床主轴开展了热特性实验分析,通过测量阶段转速条件下主轴各部分的温升和热变形,获得了主轴的热特性,并提出了改善主轴热特性的措施。     

基于热传导和卷积神经网络的磨床主轴热误差预测

热变形是影响磨床加工精度的主要因素,严重制约了机床精度的进一步提高。为了提高热误差预测的精度,提出了一种基于热传导和卷积神经网络的磨床主轴热误差预测方法。根据热传导理论推导出主轴表面和外部环境的温差和热变量的映射关系,揭示了材料热变形本质。然后,建立了以温差为输入和主轴热变形量为输出的神经网络热误差预测模型。该模型拥有4个神经网络层,分别对应温差、热能增量、时间变量以及热变形量。运用反向传播算法对该预测模型进行训练并计算模型参数。最后,基于SINUMERIK 840D数控控制器开发了一套磨床主轴热误差补偿系统,并在某一数控磨床上进行了验证。结果表明,通过主轴热误差补偿后,磨床的加工精度提升了41.7%,验证了本文提出的主轴热误差预测模型的有效性和可行性。     

超精密主轴磨削法

主轴是机床中最关键的零件之一。它的几何精度直接影响主轴的旋转精度。主轴的几何精度根据机床的加工精度具有不同的要求,对某些主轴来说圆度是一项最重要的精度指标,对于外圆圆度误差小于0.5μm的超精密主轴,这项要求尤难达到。主轴的最终精度一般在外圆磨床上获得,根据外圆磨床的磨削原理,工件(主轴)是通过头尾架支承、定心,并以工件两端的中心孔为回转基准进行磨削的。因此,主轴的圆度取决     

超精密机床主轴回转误差在线测试与评价技术

为了实现对超精密机床主轴回转误差的在线测试与评价,建立了纳米级在线测试与评价系统。对该系统所采用的测试仪器、干扰抑制、数据处理与指标评价方法进行研究。首先,在某台超精密切削机床上搭建了由5个电容传感器组成的5通道测试模块。接着,以多通道高速数据采集模块实现多通道位移数据模拟量的高速采集。然后,对采集的信号进行必要的干扰信号分离。最后,将5通道位移数据转换为易于理解的轴向误差和径向误差数据,并按照同步误差和异步误差进行分离。测试结果表明:该机床主轴工作转速下的径向同步误差为405 nm,径向异步误差为66 nm;轴向同步误差为59 nm,轴向异步误差为54 nm。能够实现超精密机床主轴回转误差的纳米级在线测试,对于超精密光学加工表面的误差溯源和机床主轴性能分析具有重要意义。     

机床主轴热管冷却系统的原理和设计

前言随着机床向高精度及数控方向的发展,对减小加工误差提出了越来越高的要求.影响机床加工误差的因素很多,如主轴系统、进给系统的热变形,刀具的压具的精度及磨损等等.其中最主要的因素是主轴系统的热变形.特别是近年来,为了实现高效率加工,要求提高机床的开动率,重切削及高速切削,从而使机床主轴系统的发热更为严重,导致加工精度恶化.因此,在精密加工中,特别是在数控机床上,防止机床主轴系统热变形已成为当前最重要的研究课题.     

超精密加工中表面波纹度与主轴系统不平衡关系

针对超精密加工工件表面出现的表面波纹度问题,研究超精密机床液压主轴系统不平衡问题与表面波纹度之间的关系。加工工件的面形检测结果首先利用选出的最优小波变换进行各个尺度的分解及重构,接着利用功率谱密度分析小波分解后各个尺度上的信号谱能量得到相关频率信息,结合主轴系统部件的模态及旋转频率信息,对检测结果中主要误差特征进行提取。主轴系统频率信息由两种方法进行计算,从面形波纹度中提取出来的典型误差特征包含机床主轴固有频率和旋转频率及其高倍频,电源基频50 Hz及其整数倍频和次谐波信号,这些频率特征正好与主轴系统不平衡频率以及电动机工频噪声干扰频谱特征对应,这说明主轴系统不平衡是导致加工工件波纹度出现的主要原因,这种辨识方法为超精密机床加工精度的提高提供了辨识依据。     

机械制造文摘

在刚性较高的精密机床上加工时,其加工误差主要是由于主面轴承和液压系统的温升,产生热变形所致。文中列举了许多精密机床(如坐标镗床、镗杆机等)的主轴热变形量及其对加工误差影响的实验数据;主轴的支承型式及轴承的精度等级不同,其热变形量也不一样。如:主轴支承采用A、C 级滚动轴承,空载时主轴受力端在水平方向的热变形量为3～5微米,若用(?)级轴承则为6～15微米,采用滑动轴承为18～30     

磨床主轴的Profinet总线控制

为提高超精密磨床的主轴转速控制精度,文章提出840Dsl数控系统与主轴驱动器的Profinet总线连接及调试方法,旨在为精密机床的设计与开发提供参考.经过试验验证,结果表明:采用该控制方式的主轴转速精度可始终控制在±0.02％以内,且在长时间运转过程中都能有较好的控制精度稳定性;所加工试件能够满足产品工艺要求.     

高精度立式磨床热-结构耦合分析

在有限元法与热应力学分析的基础上,建立了高精度立式磨床整机有限元模型,计算了磨床在加工过程中整机热特性分析的边界条件。利用有限元分析软件ANSYS Workbench对整机进行热特性分析同时对主轴系统进行热-结构耦合分析,得到整机的温度场及对加工精度有主要影响的主轴热变形。分析了影响整机温度分布与主轴热变形的因素,对整机与主轴结构提出了一些热误差补偿建议,分析结果为磨床整机及主轴系统的进一步热特性优化设计及热误差补偿提供了一定的依据。     

空气弹簧调平系统研究

空气弹簧隔振系统应用于超精密加工设备,其姿态倾斜将为超精密加工引入误差。针对超精密机床采用气浮导轨、气浮主轴刚度相对液压主轴较低、抵抗空气弹簧的倾斜能力较差的特点,建立机床倾斜的数学模型,分析倾斜对加工精度的影响,得到系统需要的调平精度。根据计算的充/放气量,设计调平控制系统控制四点支撑空气弹簧系统中的三点,保持机床的水平复位精度达到±0.02mm以内。该调平控制系统可以根据气浮导轨运动速度,实现空气弹簧隔振系统的主动控制。     

超精密机床的新发展（上）

一、概述精密和超精密加工技术对尖端技术的发展起着非常重要的作用。各国都投入很大人力物力发展精密和超精密加工技术。精密和超精密机床是实现精密和超精密加工首要基础条件，近年世界各国精密和超精密机床发展提高迅速，现在已达到极高的水平。到第二次世界大战前后精密机床的发展已逐渐成熟，不仅精度高，而且品种齐全，例如国际上素负盛名的瑞士Shaublin，西德的Boley，美国Hardinge等公司的精密车床主轴回转精度在1um以内，直线度可达＜1μm／100mm，瑞士Studer，美国BrownSharp公司的精密磨床磨出三件圆度在0．5～～1μm，精密坐…     

磨床主轴载荷谱编制方法与实验研究

随着高精密磨削技术的不断发展,对数控机床的可靠性要求越来越高,磨削载荷谱是构建磨床主轴可靠性试验平台的关键科学依据。本文以轴承套圈内圆磨床主轴载荷为例,根据机床主轴实际磨削过程,利用测试机床主轴磨削功率方法对磨削加工载荷进行长期试验测试、记录和分析,研究了其载荷信号特征及处理方法,并给出了磨床主轴载荷谱的编制方法。最后,本文绘制了"空转-磨削-空转"与真实的现场载荷相一致程序载荷谱,为磨削主轴可靠性试验提供加载条件和理论依据,对提高磨床主轴可靠性设计有着重要意义。     

侧挂式主轴系统热特性仿真分析

以昆明机床股份有限公司某型精密卧式加工中心的主轴及主轴箱为研究对象,采用有限元方法对不同工况下主轴及主轴箱的瞬态温度场和热变形进行了仿真计算,得到了相应的热误差,并分析了主轴转速和镗杆伸出长度对主轴系统热误差的影响。     

一种龙门铣床误差实时补偿方法

龙门铣床广泛应用于航空航天领域大型零件的精密加工,其几何与热误差均对加工精度有显著影响。本文基于西门子840D数控系统内置的补偿接口,以及作者提出的大型机床的关键误差分析、辨识及建模方法,在建立好的主轴热误差及主进给轴的几何与热综合误差数学模型的基础上,提出了一种大型龙门铣床主轴及进给轴多项主要变形的补偿方法,开发了相应的补偿系统,并实现了主轴热误差和主进给轴(x轴)综合误差的实时控制补偿,验证了该方法的有效性。