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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