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直驱式A/C轴数控铣头热误差分析及补偿

刘玲  
【摘要】:五轴联动加工设备是航空、航天、矿山、电力等重要工业部门的关键设备,应用于复杂曲面的高精度、高速、复合化、智能化加工。直驱式A/C轴数控铣头是中、大规格五轴数控联动加工中心的核心部件。其中A、C两个旋转轴采用力矩电机直接驱动,省略了从电动机到工作元件之间的一切环节,使传动链的长度缩短为零。具有结构紧凑、精度保持性高、故障率低等优点。本文以直驱式A/C轴数控铣头为对象进行研究,着重从铣头热误差、有限元热分析、补偿系统建立方面进行分析。具体分析如下: (1)根据A/C轴铣头的实际工作状况,确定A/C轴铣头的发热源(轴承、力矩电机、啮合齿盘),对铣头的散热条件进行分析,分析铣头热误差。用齐次坐标变换的方法建立直驱式A/C轴数控铣头各运动副坐标系之间的解耦矩阵,建立热误差补偿数学模型。 (2)根据传热学基本理论,确定铣头热分析的相关系数。用Pro/E进行三维建模,并根据实际分析的需要进行一系列的简化。将模型导入ANSYS有限元分析软件中,对直驱式A/C轴数控铣头进行稳态分析、热-结构耦合分析。确定铣头在工作状态中达到热平衡的最大温升处及热变形量。 (3)基于西门子840D数控系统建立热误差补偿系统,利用位置、温度传感器,对误差进行采集处理,将热误差模型导入热误差补偿系统。实现对直驱式A/C轴数控铣头加工时产生的热误差进行补偿。 综上所述,本文所阐述的直驱式A/C轴数控铣头的热误差分析及补偿。对于其它五轴功能部件提供了在热分析及补偿方面的研究思路和方法,对提高数控装备制造业的自主创新能力有着重要意义。


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