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第1章 绪论 1

1.1数控机床热态特性研究的意义 1

1.2数控机床热态特性分析技术研究现状 4

1.2.1机床热态特性的研究历史 4

1.2.2数控机床热态特性分析研究现状 5

1.3数控机床主轴系统热态特性研究现状 15

1.4数控机床热态特性试验方法研究现状 20

1.5数控机床温升特性快速辨识方法研究现状 24

第2章 数控机床热态特性分析基本理论 27

2.1引言 27

2.2热传导的三种基本方式 28

2.2.1导热 28

2.2.2对流传热 31

2.2.3辐射传热 35

第3章 数控机床多物理场耦合热态特性模型 42

3.1引言 42

3.2机床流体—温度场的耦合模型 43

3.2.1机床温度场的导热微分方程 43

3.2.2机床温度场的边界条件 45

3.2.3不同坐标系中的导热微分方程 46

3.2.4机床温度场的热载荷 48

3.2.5机床温度场的传热系数 50

3.3机床温度—结构场的耦合模型 60

3.3.1微元体应力分量 60

3.3.2几何方程 61

3.3.3力的平衡方程式 62

3.3.4协调方程 63

3.3.5物理方程 64

第4章 数控机床主轴系统多物理场耦合热态特性有限元分析技术 69

4.1引言 69

4.2温度场的有限元法计算 71

4.2.1温度场的泛函 71

4.2.2单元分析 72

4.2.3温度插值函数 73

4.2.4单元的变分计算 75

4.2.5总体合成 81

4.3热变形的有限元法计算 83

4.3.1热应变 83

4.3.2热应力 84

4.3.3用有限元法求解平面热变形问题 84

4.4主轴系统多物理场耦合模型有限元分析 100

4.4.1有限元模型的建立 101

4.4.2热载计算 102

4.4.3传热系数计算 105

4.5精密数控磨床主轴系统热态特性有限元分析举例 109

4.5.1分析模型 109

4.5.2稳态分析结果 112

4.5.3瞬态分析结果 115

4.6精密卧式加工中心主轴系统热态特性有限元分析与优化举例 117

4.6.1分析模型 117

4.6.2主轴系统稳态温度—结构场耦合分析 119

4.6.3主轴系统瞬态分析 123

第5章 基于热源法的数控机床主轴系统温升特性辨识技术 124

5.1引言 124

5.2热源温度场叠加法原理 125

5.2.1瞬时无限长线热源的温度场 127

5.2.2有限长直线热源瞬时发热情况下的温度场 128

5.2.3持续点热源的温度场 130

5.2.4持续无限长线热源的温度场 131

5.3有限大圆柱面热源的温度场 132

5.3.1有限大圆柱面热源瞬时发热情况下的温度场 132

5.3.2有限大圆柱面热源持续发热情况下的温度场 134

5.4非绝热边界圆柱面热源情况下的温度场计算 134

5.5主轴系统温度场的边界条件处理 136

5.6有限元仿真验证 140

5.7数控双主轴磨床试验验证 142

第6章 基于运行热模态分析的数控机床主轴系统温升特性辨识技术 145

6.1引言 145

6.2热模态理论 146

6.3基于运行热模态分析的主轴系统温升特性快速辨识方法 149

6.3.1运行热模态分析方法 149

6.3.2快速辨识主轴系统温升特性方法 152

6.3.3主轴系统模型验证 153

6.4立式加工中心试验验证 162

6.5两种快速辨识算法的对比分析 167

第7章 数控机床主轴系统热态特性试验方法 169

7.1引言 169

7.2机床热平衡试验 170

7.2.1热平衡时间获取 170

7.2.2热敏感点选取 171

7.3热平衡试验举例 173

7.3.1试验对象 173

7.3.2检测仪器 175

7.3.3实验平台搭建 176

7.4试验结果及分析 178

7.4.1磨床空运转热平衡试验 178

7.4.2多主轴系统误差在线补偿加工试验 180

第8章 数控机床主轴系统热态特性模型参数多目标修正技术 185

8.1引言 185

8.2响应面模型的建立 186

8.3混合响应面模型的MOGA有限元热模型修正 187

8.4主轴系统有限元热模型修正方法实例 190

8.4.1热平衡试验与仿真结果 190

8.4.2设计变量与目标函数 192

8.4.3响应面模型的试验设计方法 193

8.4.4修正结果 197

参考文献 199

索引 215