基于“S”形檢測試件的切削熱誤差分析.pdf

1、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是一種復(fù)雜的高精度制造裝備，加工精度作為五軸機(jī)床最重要性能指標(biāo)之一，成為機(jī)床廠家和用戶關(guān)注的重點(diǎn)。導(dǎo)致加工精度降低的各項(xiàng)誤差中，切削熱導(dǎo)致的工件溫升和熱膨脹變形是重要的誤差來源。本文以成飛提出的用于檢測機(jī)床性能的“S”形檢測試件為研究對象，結(jié)合理論建模、仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研究切削過程中溫度場、熱變形對試件加工精度的影響，并預(yù)測和分析切削熱誤差。主要工作內(nèi)容如下：
　　1、在切削原理分析的基礎(chǔ)上，建立了熱源強(qiáng)度計(jì)算模型

2、，給出了基于接觸面瞬時(shí)相等原理的剪切區(qū)和刀件摩擦區(qū)熱量傳入工件比例的計(jì)算方法。提出了將切削溫升過程視為間歇性加熱和降溫過程的方法，解決了以往文獻(xiàn)中理論模型計(jì)算溫升結(jié)果偏高的問題，并且間歇性模型更加符合實(shí)際切削情況，使得理論溫升模型的正確性和可信度較之以往文獻(xiàn)有了很大的提高。建立了基于線熱源疊加原理的切削溫度場理論模型，為切削熱誤差的分析奠定理論基礎(chǔ)。
　　2、建立了基于LS-DYNA軟件平臺(tái)的“S”件切削熱分析有限元計(jì)算模型。通過

3、實(shí)際加工參數(shù)計(jì)算溫度載荷的大小和作用時(shí)間，解決了熱載荷施加問題。給出了基于冷卻液施加方式的強(qiáng)制對流系數(shù)計(jì)算方法，解決了冷卻邊界條件建模問題。基于該有限元模型，開展了“S”形試件加工熱—力耦合仿真。本有限元模型不僅優(yōu)化了切削熱載荷的施加方法，而且考慮了冷卻液影響、實(shí)際加工運(yùn)動(dòng)軌跡和切屑分離，使得仿真環(huán)境更接近實(shí)際工況。
　　3、在 PARPAS PM20五軸數(shù)控加工中心上設(shè)計(jì)并搭建了基于熱電偶法的“S”試件加工過程溫度場測量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

4、，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上開展了切削熱測量實(shí)驗(yàn)，獲得加工過程中“S”形試件各位置溫度變化曲線，并利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了切削熱仿真是合理可信的。
　　4、采用單一變量法分析了主軸轉(zhuǎn)速、切削厚度、進(jìn)給速度對“S”形試件切削熱的影響規(guī)律，通過有限元仿真預(yù)測了“S”形試件加工過程中的切削熱變形，并預(yù)測和分析了由此產(chǎn)生的切削熱誤差。通過對比實(shí)驗(yàn)測量的輪廓度誤差結(jié)果，一定程度上驗(yàn)證了熱誤差預(yù)測方法的正確性，并分析了切削熱誤差對于“S”形試件加工誤差的影響程度