现代制造工程2008年第3期制造技术/工艺装备

对微进给平台磨削温度场的有限元分析

董科

(太原科技大学机械电子工程学院,太原030024)

摘要:,,热变形的问题更加突出,成为影响平台定位精度的主要因素。运用I2DE台,对其磨削工件时的温度场进行了分析研究,。关键词:微进给平台;I2DEAS软件;中图分类号:TP39117　::(2008)03—0076—03

ofthetemperaturefieldofmicrofeedtable

DongKe

(SchoolofElectromechanicalEngineering,TaiyuanUniversityof

ScienceandTechnology,Taiyuan030024,CHN)

Abstract:Microfeedmechanismistheimportantpartofequipmentinultrapreciseprocessingtorealizeprecisionposition,be2causeofthedecreaseofgrindingdepth,theproblemofthermaldeformationbecomemoreevidentandtobeprimaryfactoroneffectingpositioningprecisionofmicro2feedtable.ThesoftwareI2DEAStomakeastudyonthetemperaturefieldofaprecisiongrindingauxiliarymicrofeedtable,thusprovidingevidenceforstudingtheruleofthermaldeformation.Keywords:Microfeedtable;SoftwareI2DEAS;Temperaturefield

0　引言

微进给机构是超精密加工设备中实现精密定位的重要组成部分,其定位精度受温度变化影响很大,据研究,在精密加工中,热变形误差占总误差的

[1]

40%～70%,因此,对微进给机构进行热特性的研究具有重要的意义。

目前,在微进给机构研究方面,均注重于机械结构、动态性能和运动精度等方面的研究,如:清华大学

[2][3]

的林德教;哈尔滨工业大学的董申;天津大学的

[4][5][6]

于思远;国外的K.Mizutani、J.Otsuka、Z.

[7]

Zhong等均设计研究过微进给机构。然而有关微进给机构热特性的研究文献报道很少。

本文针对一种具有高响应速度和精确位移控制的新型微进给平台,采用I2DEAS软件在对微进给平台结构进行适当简化的基础上,建立了在微进给平台上磨削矩形工件的有限元模型,分析了其磨削温度场的分布特点及不同磨削参数对工件峰值温度的影响,其目的是在此基础上探索微进给平台热变形的规律,进而为实施误差补偿奠定基础。76

1　有限元建模

在I2DEAS中对简化后的平台结构进行1∶1实体几何建模,并在此基础上进行网格划分,工件上表面采用线性四边形板壳单元,

工件其他外表面和整个平

台外表面均采用线性三角形板壳单元,工件和

平台实体采用线性四面体实体单元,用宽度为磨削接触区长度、总长度为工件宽度(15mm)的线性四边形板壳单元模拟面热源。划分后的

模型如图1所示。

对划分后的模型加图1　工件及平台网格模型

载,即确定初始条件和边界条件。设置整个平台和工件的初始温度为20℃;在面热源上施加计算得到的热流密度并设定其移动方向和移动速度;设定工件和平台外表面与空气发生自然对流;利用thermalcoupling建立面热源与工件上表面以及工件与平台交面间