精密数控摆台静-动-热特性仿真分析与测试实验方法研究

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数控摆台是五轴加工中心的重要部件,其综合特性直接影响工件的加工精度。目前大部分研究主要集中在机床整机或主轴等部件,而对摆台的静-动-热特性研究不多。本文以五轴加工中心数控摆台为对象,从摆台静-动-热特性建模、仿真和实验测试等方面展开研究,对摆台静刚度分布、模态、热误差规律进行了分析以及实验测量,为摆台的误差补偿和结构改进提供了基础。本文首先以某五轴加工中心摆台为例,借助有限元分析软件对摆台进行了静刚度分析,得到了摆台工作台面的轴向静刚度场和切向静刚度。再以静刚度分析建立的有限元模型为基础,对摆台进行了模态分析和谐响应分析,得到了摆台的前六阶固有频率和振型以及摆台不同方向的抗干扰能力。通过对摆台系统的热源分析,建立了摆台系统的生-散热模型,对摆台电机进行了热流耦合分析,并根据仿真结果进行了摆台热固耦合仿真分析,得到了摆台不同工况下的温度场和变形场,得到了摆台热误差随时间的变化规律,分析了各个时间点的生-散热功率及结构吸热功率之间的关系。通过提取电机和轴承附近热灵敏度,选取了适合实际实验测温的热关键点。最后提出了摆台静、热特性的实验方法,搭建了摆台静-动-热特性测量实验系统,分别测量了摆台轴向静刚度和切向静刚度、摆台热误差、固有频率和振型,并对摆台的静-动-热特性实验结果进行了分析。本文的研究成果为摆台静-动-热仿真分析和检测实验提供了新的方法,根据本文实验方法可对摆台静刚度和热误差进行精确检测,为摆台结构优化和热误差补偿以及整机分析提供了方法和理论基础,为实现我国提升机床精度的目标提供了重要支持。
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