[发明专利]配置振荡热管伺服进给系统及热-结构耦合特性建模方法

说明书

本发明公开了配置振荡热管伺服进给系统及热‑结构耦合特性建模方法，包括相连接的机床床身和冷却装置，所述机床床身包括通过滚珠连接的丝杆轴和螺母，所述螺母的顶端设置台体，所述丝杆轴为内部中空且两端开口构造，所述丝杆轴内部设置两端闭合的振荡热管，所述振荡热管内部设置冷却剂,所述丝杆轴和振荡热管的数量为1个。本发明提供了一种配置振荡热管的具有良好的换热性能的伺服给进系统，其建模方法运用有限元方法分析了伺服给进系统热‑结构耦合特性，优点在于模拟了伺服给进系统的工作状态，通过修正热源载荷和热边界条件的方式精确有限元模型，减少了误差，使得有限元分析结果更接近于实际值。

技术领域

本发明涉及机械领域，具体的，涉及配置振荡热管伺服进给系统及热-结构耦合特性建模方法。

背景技术

现代数控机床对于加工效率及精度的要求日益提高，进给系统作为机床的关键部件直接影响着机床加工精度，它是实现高速和高精度加工的必要关键功能部件。在机床的加工过程中，例如滚珠丝杠副摩擦生热、滚动轴承摩擦生热等，许多因素会致使进给系统温度场分布不均产生热变形进而影响数控机床加工精度。因此，必须采取一定措施控制机床进给系统的温升和热变形，使温升和热变形恒定在一定值内。同时，至今没有方法针对伺服进给系统的温度和热位移变化的精细化建模方法做出研究，更无法对轴承等零部件的寿命作出预测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种配置振荡热管的伺服给进系统，优点在于在主轴中设置了振荡热管，具有良好的换热性能，目的之二提供了伺服给进系统热-结构耦合特性建模方法，运用有限元方法分析了伺服给进系统的热-结构耦合特性，优点在于模拟了伺服给进系统的工作状态，通过修正热源载荷和热边界条件的方式精确有限元模型，减少了伺服进给系统热-结构耦合特性建模误差，使得有限元分析结果更接近于实际值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

配置振荡热管伺服进给系统，包括相连接的机床床身和冷却装置，所述机床床身包括通过滚珠连接的丝杆轴和螺母，所述螺母的顶端设置台体，所述丝杆轴为内部中空且两端开口构造，所述丝杆轴内部设置两端闭合的振荡热管，所述振荡热管内部设置冷却剂,所述丝杆轴和振荡热管的数量为1个，所述丝杆轴的两端均设置固定连接的旋转轴承和固定座，所述冷却装置包括闭合连接的腔体、壳体、压缩机、气泵和节流阀，所述管体伸出端进入所述腔体内，所述腔体内部设置惰性气体。

基于上文所述的配置振荡热管伺服进给系统的热-结构耦合特性建模方法，所述建模方法具体为：

步骤1：建立配置有振荡热管的伺服给进系统模型；

步骤2：计算并在模型中施加热源载荷和热边界条件；

步骤3：得出特征点温度值；

步骤4：判定是否符合收敛条件；

步骤5：若收敛，则绘制温度变化曲线，结束；若不收敛，则进行步骤6；

步骤6：修正热源载荷和热边界条件，返回步骤3。

进一步，所述热源载荷包括电机生热量、滚动功能部件生热量和环境温度变化量，滚动功能部件包括轴承和丝杠螺母副。

进一步，所述热边界条件包括振荡热管的换热系数、接触热阻和主轴部件与流体之间的对流换热系数，所述接触热阻包括轴承外圈与轴承座的接触热阻和轴承内圈与轴颈的接触热阻。

进一步，所述判定条件为：

T_i-T_i-1＜0.05～0.15℃

T_i：上一时刻所述特征点的温度；

T_i-1：本时刻所述特征点的温度。

进一步，修正所述滚动功能部件生热量的具体方法是：