摘 要

大型磨齿机作为一种复杂且高精度加工机床而被广泛应用于船舶、农机、水电等大型装备领域所需要的高精度齿轮的加工生产。而这种磨齿机Z轴进给系统在加工过程中产生大量的热量从而导致Z轴丝杠、导轨及立柱发生热变形，影响磨齿机对的加工精度。针对这一现象，本文以型号为SKMC-3000/20的大型数控成形磨齿机Z轴 进给系统为研究对象，综合分析系统内部热源，计算边界条件。然后采用制图软件UG建立Z轴 进给系统三维模型，再使用ANSYS Workbench 进行有限元分析，获得热误差有限元仿真结果。通过获得系统的温度分布情况并在此基础上进行静力分析获得导轨及Z轴丝杠的热变形。最后，对有限元分析所获得的数据进行总结系统的温度变化和热位移量，从而达到在设计过程中分析并预测磨轮机Z轴 进给系统因热变形而导致的系统误差及其分布，为进给系统的设计和改良提供理论依据。

关键词： 大型磨齿机 Z轴进给系统 热特性 有限元分析 热变形

ABSTRACT

As a complex and high-precision machine tool, large gear grinder is widely used in the processing and production of high-precision gears for large equipment fields such as ships, agricultural machinery, hydropower and so on. The Z-axis feed system of the gear grinder produces a lot of heat in the process of processing, which results in thermal deformation of Z-axis screw, guide rail and column, and affects the processing accuracy of the gear grinder pair. Aiming at this phenomenon, the Z-axis feed system of SKMC-3000/20 CNC gear grinding machine is taken as the research object, and the internal heat source of the system is analyzed comprehensively, and the boundary conditions are calculated. Then the three-dimensional model of Z-axis feeding system is built by UG, and the finite element analysis is carried out by ANSYS Workbench to obtain the finite element simulation results of thermal error. Based on the temperature distribution of the system, the thermal deformation of the guide rail and Z-axis screw is obtained by static analysis. Finally, the temperature change and thermal displacement of the system are summarized from the data obtained by finite element analysis, so as to analyze and predict the system error and its distribution caused by thermal deformation of Z-axis feed system of grinder in the design process, and provide theoretical basis for improving the design and improvement of the feed system.

Key words: large grinding machine;Z-axis feed system;thermal characteristics; finite element analysis; thermal deformation, guide rail

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3国内外研究现状总结 2

1.4 课题内容及意义 2

第二章 大型磨齿机Z轴进给系统传热递介绍 4

2.1热传递定义及分类 4

2.1.1 热传导 4

2.1.2热对流 4

2.1.3 热辐射 4

2.2 热变形基本原理 5

第三章 Z轴进给系统的热特性分析 7

3.1主要热源分析与计算 7

3.2 主要部件对流换热系数计算 9

3.3 Z轴进给系统的几何模型建立 9

3.3.1 建模软件UG介绍 9

3.3.2 Z轴进给系统的主要零件建模 10

第四章 13

4.1 13

4.2 材料定义 13

4.3 13

4.4 16

4.4.1 16

4.4.2 稳态热变形 18

第五章 经济性分析 20

5.1成本概算 20

5.1.1标准件的成本 20

5.1.2其他......................................................................................................................20

5.2税费 21

5.3利润 21

第六章 总结 22

参考文献 23

致谢 25

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

自从进入21世纪以来，人类文明不断向前发展，社会的工业水平和科学技术发生了翻天地覆的变化，各行各业对产品要求均趋于精细化、精确化，为了顺应这一不可阻挡的趋势，人类必然将制造业的发展放在首要位置，因为制造业是实现社会繁荣，推动经济社会发展的主要动力之一。尤其是高端的制造业的整体水平更是任何一个国家的科技实力和创新能力的极大体现。为了响应我国提出的“中国制造2025”计划，以及面对“中美贸易战”的爆发所暴露出我国的制造水平和创新能力严重不足这一问题，我国将必然重视高端装备制造业，并会投入大量资源，吸引更多人才，提高国家的高端制造水平。而齿轮作为主要的传动零件，并且是制造业基础零部件的代表之一，因此它在高端制造业、工业建设以及国民经济等诸多领域里发挥着不可替代作用。

正因如此，齿轮的作用之大，应用之广，无论航空航天、机床、矿山还是军工等行业对大型的齿轮不断追求更加精密化，误差更加细微化。所以这就要求我们对用于加工大型精密的齿轮的磨齿机的研发提出了更高要求。虽然目前我国的大型磨齿机的性能和种类已经有了很大的提升，但在一些关键的零件方面比世界上其他发达国家还是比较落后的，加工精度也是远不如国外同种类型磨齿机，在高精密加工过程中误差较大，这也是我国制造业发展的一个瓶颈。在引起大型磨齿机加工误差原因中，热误差成了最主要原因，在高精度加工过程中，这一点尤为突出 。

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