Phương pháp tối ưu hóa hành vi nhiệt cho trục chính tốc độ cao của máy xay hình bánh răng

Kaiguo Fan1, Rui Gao1, Hao Zhou1, Yong Zhao1, Sha Tian2, Ying Xie2
1School of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai, China
2Qinchuan Machine Tool & Tool (Group) Corp, Shanxi, China

Tóm tắt

Để giảm thiểu sự giãn nở nhiệt của trục chính tốc độ cao của máy mài hình bánh răng, một phương pháp tối ưu hóa hành vi nhiệt được đề xuất trong bài báo này. Ảnh hưởng của các chế độ ràng buộc của ổ đỡ đến độ chính xác vị trí của trục chính được thảo luận, và chế độ ràng buộc tối ưu được xác định. Một hàm mục tiêu về điện trở tiếp xúc nhiệt được thiết lập dựa trên công thức bán thực nghiệm để tối ưu hóa các tuyến đường dẫn nhiệt trong các cụm trục chính thông qua phương pháp tối ưu hóa ràng buộc. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy rằng sự gia tăng nhiệt độ của trục bánh mài và các thành phần liên quan đều rất nhỏ, và sự giãn nở nhiệt của trục bánh mài gần như bằng không.

Từ khóa

#tối ưu hóa #hành vi nhiệt #trục chính tốc độ cao #máy xay hình bánh răng #điện trở tiếp xúc nhiệt.

Tài liệu tham khảo

Creighton E, Honegger A, Tulsian A et al (2010) Analysis of thermal errors in a high-speed micro-milling spindle. Int J Mach Tools Manuf 50(4):386–393 Okafor AC, Ertekin YM (2000) Derivation of machine tool error models and error compensation procedure for three axes vertical machining center using rigid body kinematics. Int J Mach Tool Manu 40(8):1199–1213 Fan KG, Yang JG, Yang LY (2014) Unified error model based spatial error compensation for four types of CNC machining center: part II-unified model based spatial error compensation. Mech Syst Signal Pr 49:63–76 Jiang H, Fan KG, Yang JG (2014) An improved method for thermally induced positioning errors measurement, modeling, and compensation. Int J Adv Manuf Technol 75:1279–1289 Lu Y, Islam MN (2012) A new approach to thermally induced volumetric error compensation. Int J Adv Manuf Technol 62(9–12):1071–1085 Zhang Y, Yang J, Xiang S et al (2013) Volumetric error and compensation considering thermal effect on five-axis machine tools. Proc Inst Mech Eng C J Mech Eng Sci 227(5):1102–1115 Li X (2001) Real-time prediction of workpiece errors for a CNC turning center, part 2: modeling and estimation of thermally induced errors. Int J Adv Manuf Technol 17(9):654–658 Guo Q, Yang J, Wu H (2010) Application of ACO-BPN to thermal error modeling of NC machine tool. Int J Adv Manuf Technol 50(5):667–675 Xia CH, Fu JZ, Lai JT, Yao XH, Chen ZC (2015) Conjugate heat transfer in fractal tree-like channels network heat sink for high-speed motorized spindle cooling. Appl Therm Eng 90:1032–1042 He Q, Shen Y, Ren FZ, Li LL, Alex AV (2017) Numerical simulation and experimental study of the air-cooled motorized spindle. P I Mech Eng C-J Mec 231(12):2357–2369 Liu T, Gao WG, Tian YL, Zhang DW, Zhang YF, Chang WF (2017) Power matching based dissipation strategy onto spindle heat generations. Appl Therm Eng 113:499–507 Fajing L, Jianmin G, Xiaojun S, Feng L, Rui T (2017) Investigation on heat transfer performance of loop thermosyphon for inner cooling of motorized spindle. J Xi'an Jiaotong Univ 51(7):90–97 Mori M, Mizuguchi H, Fujishima M et al (2009) Design optimization and development of CNC lathe headstock to minimize thermal deformation. CIRP Ann-Manuf Technol 58(1):331–334 Ge Z, Ding X (2018) Design of thermal error control system for high-speed motorized spindle based on thermal contraction of CFRP. Int J Mach Tool Manu 125:99–111 Sevinchan E, Dincer I, Lang H (2019) Investigation of heat transfer performance of various insulating materials for robots. Int J Heat Mass Transf 131:907–919 Xie T, He Y-L, Tong Z-X (2016) Analysis of insulation performance of multilayer thermal insulation doped with phase change material. Int J Heat Mass Transf 102:934–943 Liua J, Maa C, Wanga S, Wanga S, Yanga B (2019) Thermal contact resistance between bearing inner ring and shaft journal. Int J Therm Sci 138:521–535 Wang S, Xie T, Xie H (2018) Experimental study of the effects of the thermal contact resistance on the performance of thermoelectric generator. Appl Therm Eng 130:847–853 Song S, Yovanovich MM (1988) Relative contact pressure- dependence on surface roughness and Vickers microhardness. J Thermophys Heat Transf 2(1):43–47 Wang H, Xiong Y, He G (2015) Grinding force model of the grinding helical gear by using forming method. J Mech Transm 04:49–52 Fan K (2017) Research on the machine tool’s temperature spectrum and its application in a gear form grinding machine. Int J Adv Manuf Technol 90:3841–3850