龍門機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)熱—力耦合動態(tài)建模分析及優(yōu)化方法研究.pdf

1、隨著我國航空航天、船舶與海洋工程、大型冶金機(jī)械、能源設(shè)備和汽車等制造業(yè)的蓬勃發(fā)展,對各種復(fù)雜零部件的加工需求日益增加,使龍門機(jī)床也迅速得到發(fā)展。進(jìn)給系統(tǒng)作為龍門機(jī)床的重要組成部件,其動態(tài)性能對機(jī)床的加工精度影響較大,是機(jī)床設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。在龍門機(jī)床工作過程中,進(jìn)給系統(tǒng)同時受熱與力的作用而產(chǎn)生熱—力耦合效應(yīng),進(jìn)而影響到進(jìn)給系統(tǒng)的變形和振動。已有的研究方法通常是分別針對進(jìn)給系統(tǒng)的力學(xué)性能和熱態(tài)性能進(jìn)行分析設(shè)計(jì),這使得進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)性

2、能的分析不夠全面,也造成進(jìn)給系統(tǒng)綜合性能難以進(jìn)一步提高。針對以上問題,本論文深入研究龍門機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的熱—力耦合機(jī)理,提出基于熱—力耦合的動態(tài)建模方法、動態(tài)分析方法及多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。結(jié)合企業(yè)實(shí)際的龍門機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)樣機(jī)進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)對比,驗(yàn)證所提出方法的正確性和有效性。本論文的主要研究工作和成果如下:
　　(1)根據(jù)龍門機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)在工作過程中受力和熱共同影響的特點(diǎn),提出一種基于溫度場和動力學(xué)性能耦合的動態(tài)建模方法。在探索龍

3、門機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的熱—力耦合機(jī)理的基礎(chǔ)上,建立了龍門機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的熱—力耦合動態(tài)模型,并采用中心差分法和矩陣迭代法進(jìn)行模型求解。結(jié)合動態(tài)實(shí)驗(yàn)和理論分析對比,驗(yàn)證了所提出建模方法的正確性。
　　(2)研究龍門機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的熱—力耦合效應(yīng)對動態(tài)性能的影響,提出一種多時間步有限元仿真和溫度場實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的熱—力耦合動態(tài)分析方法。根據(jù)所提出的方法,對所研究的龍門機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行熱—力耦合瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析后發(fā)現(xiàn):在進(jìn)給系統(tǒng)達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)之前,隨著溫度

4、的不斷升高,熱—力耦合效應(yīng)使進(jìn)給系統(tǒng)的振幅變大,導(dǎo)致振動加劇。研究表明,在對龍門機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)時,需要考慮熱—力耦合效應(yīng)對動態(tài)性能的影響。
　　(3)為了更加全面地分析龍門機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的動態(tài)性能,提出一種基于熱—力耦合的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響動態(tài)性能的分析方法。在龍門機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)達(dá)到熱-力耦合穩(wěn)態(tài)的情況下,采用所提出的方法研究其各種結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對動態(tài)性能的影響規(guī)律,揭示對動態(tài)性能影響較大的結(jié)構(gòu)參數(shù)。研究結(jié)果表明,拖板的質(zhì)量和抗振