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大型数控装备热控制与热均衡研究
发布时间: 2023-12-08 浏览量:28
  • 交易方式:面议
  • 联系电话:0452-2738334
  • 单位名称或姓名:张正辉
  • 产业领域:高端装备
  • 成果类型:
项目基本情况Basic information of the project
1、课题来源与背景 随着各种先进制造技术的快速发展,特别是高速切削技术的出现,对于加工设备的主轴转速要求越来越高。国产大型数控加工设备目前存在的主要问题是工作台转速较国外同类产品低(仅为国外同类产品的65%左右),生产效率低,加工精度差。影响工作台转速和加工精度的原因除了工作台结构的加工与装备精度外,其主要原因是静压支承局部温升,使工作台与油垫支承部件产生很大的热变形,从而致使油膜破裂,静压支承失效。因此,本项目旨在采用具有良好导热性能的微热管(其导热系数是铜的百倍以上),通过有限元分析,优化其在工作台与油垫支承部件中的合理布局,使工作台与油垫支承部件整体温度均衡,热变形均匀,从而解决工作台与油垫支承部件所带来的局部油膜破裂与静压支承失效;通过微热管的合理布局,把工作台与油垫支承部件局部产生的高热量导出来,利用自然空气强迫对流散热,使工作台与油垫支承部件的温升降到最低,从而解决在大型静压支承设备中,因工作台高速运转而造成油膜温度高,工作台与油垫支承部件热变形大所制约的高速高质量加工等瓶颈问题。 2、研究目的与意义 静压支承是大型数控装备的关键部件,它的性能优劣直接影响设备的加工质量和运行效率。如何提高重型数控装备工作台的转速,提高加工效率,是目前非常迫切需要解决的关键问题之一。而导致工作台转速较低的主要原因是支承及油膜温度随工作台转盘转速的升高而升高,使承载油膜变薄,油膜易破裂,润滑失效。因此,研究静压支承产生热量的导出并快速释放与热场分布均衡是解决问题的关键。工作台转速及温升的高低是由理论计算与结构设计、加工和装配等多种因素决定。本项目充分利用微热管的良好导热性能,通过研究其合理布局使产生的热量快速导出释放和工作台的整体温度均衡,从而有效控制油膜温度升高与热变形,解决大型静压支承设备因工作台高速运转而造成油膜温度高与工作台局热变形大所制约的高速高质量加工等瓶颈问题,进而有效解决了大型数控装备热控制与热均衡问题。 3、主要论点及论据 机械加工方面:由于大型零部件的机械加工存在一定加工误差,使得静压支承工作时摩擦副间的间隙不均匀,在重载工况下局部易产生干摩擦或边界润滑,导致静压支承局部温升,油膜破裂,进而产生变形,使油垫的实际结构偏离理论设计模型,限制了转速。设计方面:利用传统的润滑理论可以进行理论设计,但是由于热变形的存在我们假设的平行平板运动在这里已经有很大问题了,而基于这些理论的计算得到的结果也不可信。本项目在目前设计、加工和装配的水平下,针对静压支承发热导致润滑失效问题,在静压支承热传导模型中,提出有限元分析得到大型静压支承热场分布,为静压支承热变形研究提供理论依据;然后采用具有良好导热性能的微热管,把产生的热量导出并采用空气强迫对流方式释放出来,与微热管在工作支承副中的合理布局,使工作台与油垫支承部件整体温度均衡,从而热变形均匀,有效的控制油膜厚度的下降,在相同的条件下提高工作台的旋转速度与设备的加工质量。 4、创见与创新 本项目旨在采用具有良好导热性能的微热管(其导热系数是铜的百倍以上),通过有限元分析,优化其在工作台与油垫支承部件中的合理布局,使工作台与油垫支承部件整体温度均衡,热变形均匀,从而解决工作台与油垫支承部件所带来的局部油膜破裂与静压支承失效;通过微热管的合理布局,把工作台与油垫支承部件局部产生的高热量导出来,利用自然空气强迫对流散热,使工作台与油垫支承部件的温升降到最低,从而解决在大型静压支承设备中,因工作台高速运转而造成油膜温度高,工作台与油垫支承部件热变形大所制约的高速高质量加工等瓶颈问题。 5、社会经济效益,存在的问题 目前我国的大型静压支承数控设备的加工速度都比较低,生产效率低,而市场上对这种类型的需要量比较大,其工作台旋转速度的提高,将增加我国大型静压支承数控设备在国际上的竞争力,标志着我国数控机床制造技术又跨上了一个新的台阶,开阔创新。另外,速度提高30%,意味着单台设备的生产效率提高30%,可见生产成本将下降,因此将产生巨大的社会效益。 存在的问题:在工作台允许的最高旋转速度下,工作台温度差由原先的10℃下降到7℃-5℃;温度下降值3℃-5℃之间,误差带值较大,未分析出误差带宽度过宽的决定参数及参数与结果的关系,该问题为项目组下一步研究工作的任务重点。 6、历年获奖情况 无 7、成果简介 本成果充分利用微热管的良好导热性能,通过研究其合理布局使产生的热量快速导出释放和工作台的整体温度均衡,从而有效控制油膜温度升高与热变形,解决大型静压支承设备因工作台高速运转而造成油膜温度高与工作台局热变形大所制约的高速高质量加工等瓶颈问题,进而有效解决了大型数控装备热控制与热均衡问题。
管理团队与技术团队Management team and technical team
齐齐哈尔大学
效益分析Benefit analysis
该项目为储备库项目资源,暂无效益分析内容。
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