電主軸有限元模型熱學參數(shù)辨識研究.pdf

1、電主軸是一種復雜的精密力-熱耦合系統(tǒng)，加工過程中主軸系統(tǒng)溫升導致的熱變形會顯著影響機床的加工精度。由于電主軸結構復雜，內部不同位置處冷卻介質的物理性質、傳熱表面的形狀、傳熱表面與冷卻介質之間的溫差，以及冷卻介質的流速等多種因素不易標定，導致?lián)Q熱邊界條件不易確定。在以往電主軸熱特性數(shù)值分析計算中，大多依靠經驗公式或與試驗測試相結合的方法，但到目前為止，換熱邊界條件的確定仍然是電主軸設計和性能預測的瓶頸。電主軸系統(tǒng)作為決定機床熱穩(wěn)定性最為重

2、要的環(huán)節(jié)之一，其熱特性分析方法一直是機床研究中的熱點和難點。
　　針對電主軸數(shù)學模型邊界條件不易確定這一難題，本文基于均勻設計理論和回歸算法，提出一種推定有限元模型熱學邊界條件的方法，該方法在少量試驗數(shù)據(jù)基礎上，應用最小二乘支持向量回歸對仿真參數(shù)和對應結果樣本進行辨識，建立熱學參數(shù)與熱誤差的回歸模型，再利用遺傳算法尋找出最優(yōu)熱學參數(shù)。最后，結合HMC-80電主軸進行實驗應用，驗證所提方法的有效性。
　　首先，詳細分析電主軸的

3、力-熱耦合特性，提出電主軸力-熱耦合概念框架模型，并在此基礎上構建電主軸力-熱耦合有限元模型。
　　其次，依照電主軸力-熱耦合有限元模型中熱仿真模型和力仿真模型，詳細論述并計算兩種模型中的熱學及力學仿真邊界條件。
　　第三，基于均勻設計理論和智能算法，應用最小二乘支持向量回歸進行熱學參數(shù)與熱誤差回歸模型的建立，利用遺傳算法尋找出最優(yōu)熱學參數(shù)。
　　最后，將電主軸物理樣機主軸熱變形測試數(shù)據(jù)與熱學參數(shù)辨識后仿真數(shù)據(jù)進行對比