本文關(guān)鍵詞：高速銑削電主軸熱特性分析及熱誤差補(bǔ)償方法研究

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【摘要】：隨著數(shù)控機(jī)床對(duì)加工精度和加工效率的要求越來(lái)越高,電主軸的應(yīng)用越來(lái)越普遍。由于電主軸熱變形對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度具有較大的影響,因而研究電主軸由熱產(chǎn)生的熱變形及如何補(bǔ)償熱誤差對(duì)數(shù)控機(jī)床精度提高具有重大意義。本文圍繞高速銑削電主軸的熱態(tài)特性及熱誤差預(yù)測(cè)模型展開(kāi)分析及研究,主要完成了以下工作：(1)以高速銑削電主軸為研究對(duì)象,詳細(xì)分析了電主軸的結(jié)構(gòu)及主要熱源。根據(jù)傳熱學(xué)理論,深入研究了電主軸的傳熱特點(diǎn)。根據(jù)其熱源及傳熱方式及特點(diǎn),詳細(xì)計(jì)算了電主軸熱源的生熱率和對(duì)流等邊界條件。特別對(duì)電主軸單元主要的生熱與傳熱元件——主軸軸承的傳熱機(jī)理進(jìn)行了深入研究,根據(jù)能量守恒理論,利用離散熱節(jié)點(diǎn)的方法,建立了熱阻網(wǎng)絡(luò),利用熱節(jié)點(diǎn)微分方程確定了主軸軸承接觸熱阻等主要的傳熱參數(shù)。(2)建立了主軸軸承接觸區(qū)熱阻的電主軸熱態(tài)分析模型,運(yùn)用有限元法對(duì)電主軸單元溫度場(chǎng)及熱變形規(guī)律作了深入研究。研究了轉(zhuǎn)速對(duì)電主軸單元溫度的影響,探討了電主軸熱位移的變化規(guī)律,及主軸前端的熱變形及其對(duì)加工精度的影響。提出了通過(guò)改善主軸軸承的潤(rùn)滑方式,減少電主軸單元的熱變形影響的方法。(3)搭建了電主軸試驗(yàn)平臺(tái),提出利用電主軸溫度場(chǎng)分布規(guī)律布置溫度傳感器的試驗(yàn)方法。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),采用多元線性回歸的方法建立熱誤差補(bǔ)償模型,并對(duì)比分析了二元一次線性回歸與二元二次線性回歸熱誤差補(bǔ)償模型的預(yù)測(cè)精度及穩(wěn)定性。同時(shí),提出了利用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立熱誤差補(bǔ)償模型,對(duì)徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精度進(jìn)行了評(píng)定,并與多元線性回歸熱誤差補(bǔ)償模型進(jìn)行比較。通過(guò)研究得到以下結(jié)論：(1)轉(zhuǎn)速對(duì)軸承溫度場(chǎng)有較大影響,溫度隨轉(zhuǎn)速升高而增大,轉(zhuǎn)速升至6000r/min后溫度幅值上升較大,且軸承中的熱梯度受到接觸區(qū)熱阻的影響,隨著轉(zhuǎn)速的升高軸承內(nèi)部溫差增大。(2)冷卻系統(tǒng)對(duì)電機(jī)定子有明顯的降溫和均化電主軸溫度場(chǎng)的作用；在中低轉(zhuǎn)速下,軸承座溫度與定子溫度的仿真值與實(shí)測(cè)值接近；通過(guò)仿真分析,改變軸承的潤(rùn)滑方式能有效降低軸承溫度,進(jìn)而減少電主軸熱變形；主軸前端軸向熱位移最大,且在溫度場(chǎng)穩(wěn)定前變化較明顯。(3)在建立多元線性回歸熱誤差補(bǔ)償模型中,二元完全平方熱誤差預(yù)測(cè)模型精度及穩(wěn)定性上都優(yōu)于二元一次模型。多元線性回歸預(yù)測(cè)模型對(duì)徑向熱位移有較好的預(yù)測(cè)精度,而對(duì)位移較大的軸向熱誤差補(bǔ)償率較低且魯棒性較差。相比多元線性回歸熱誤差補(bǔ)償模型,徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型無(wú)論在精度還是穩(wěn)定性上都更好,更適合用于電主軸熱誤差補(bǔ)償建模。
【關(guān)鍵詞】：電主軸 熱特性分析 熱誤差 多元線性回歸 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG547
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 課題研究背景及意義14-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 高速電主軸發(fā)展現(xiàn)狀15
• 1.2.2 高速電主軸熱特性研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 熱誤差補(bǔ)償與建模研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 項(xiàng)目的來(lái)源與本文主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 1.3.1 項(xiàng)目來(lái)源18
• 1.3.2 本文的主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第二章 電主軸單元熱源與傳熱機(jī)理分析20-41
• 2.1 電主軸單元20-24
• 2.1.1 電主軸電機(jī)21-22
• 2.1.2 電主軸軸承22-23
• 2.1.3 電主軸的冷卻系統(tǒng)23-24
• 2.2 電主軸單元熱源及其發(fā)熱24-29
• 2.2.1 電機(jī)發(fā)熱分析與計(jì)算24-26
• 2.2.2 軸承生熱分析與計(jì)算26-29
• 2.3 電主軸單元傳熱機(jī)理與傳熱參數(shù)計(jì)算29-40
• 2.3.1 傳熱基礎(chǔ)理論29-32
• 2.3.2 電機(jī)傳熱分析與計(jì)算32-35
• 2.3.3 主軸軸承傳熱分析與計(jì)算35-39
• 2.3.4 電主軸其他位置傳熱分析與計(jì)算39-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第三章 電主軸單元熱特性分析41-54
• 3.1 電主軸有限元模型建模41-45
• 3.1.1 有限元模型處理與建模步驟41-42
• 3.1.2 有限元分析中接觸區(qū)熱阻的轉(zhuǎn)換及設(shè)置42-45
• 3.2 電主軸單元熱穩(wěn)態(tài)分析45-48
• 3.2.1 額定轉(zhuǎn)速下電主軸溫度場(chǎng)特性45-47
• 3.2.2 不同轉(zhuǎn)速下軸承溫升特性47-48
• 3.3 電主軸的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析48-52
• 3.3.1 熱-結(jié)構(gòu)耦合仿真方法48-49
• 3.3.2 熱-結(jié)構(gòu)耦合分析49-52
• 3.4 電主軸單元熱態(tài)特性改善措施52-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 第四章 電主軸單元誤差檢測(cè)與分析54-61
• 4.1 電主軸試驗(yàn)平臺(tái)54-56
• 4.1.1 多通道數(shù)據(jù)采集儀54-55
• 4.1.2 電渦流位移傳感器55-56
• 4.1.3 標(biāo)準(zhǔn)球目標(biāo)56
• 4.2 電主軸熱誤差試驗(yàn)方案56-58
• 4.2.1 傳感器布置56-57
• 4.2.2 試驗(yàn)方法57-58
• 4.3 電主軸熱誤差數(shù)據(jù)采集58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第五章 電主軸單元熱誤差建模方法研究61-79
• 5.1 基于多元線性回歸的熱誤差模型61-69
• 5.1.1 多元線性回歸分析基本理論61
• 5.1.2 多元線性回歸熱誤差建模應(yīng)用61-69
• 5.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本理論69-72
• 5.2.1 神經(jīng)元模型69-71
• 5.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)71-72
• 5.3 基于徑向基(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的熱誤差模型72-78
• 5.3.1 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型72-73
• 5.3.2 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的具體實(shí)現(xiàn)73-74
• 5.3.3 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法及設(shè)計(jì)方法74-75
• 5.3.4 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)熱誤差建模應(yīng)用75-78
• 5.4 本章小結(jié)78-79
• 總結(jié)與展望79-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文85-87
• 致謝87

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