[发明专利]一种数控机床刀具温度场和热变形定量分析方法

权利要求书

1.数控机床刀具温度场和热变形定量分析方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)采用有限元分析法对数控机床刀具温度场和热变形进行理论计算分析得到刀具温度理论温度场和理论热变形分布；

(2)采用温度传感器测量刀具不同面上7个点的温度；

(3)采用激光位移传感器测量刀具切削过程中在x，y，z三个方向的热变形量；

(4)通过实际测量的刀具面上温度值和x，y，z三个方向的热变形量对刀具温度和热变形进行实际测量来验证、反求刀具热传导实际边界条件；同时修改理论计算模型；

(5)将步骤(4)得到的刀具模型和边界条件进行重新加载；

(6)得到数控机床刀具准确温度场分布及其相应热变形量。

2.如权利要求1所述数控机床刀具温度场和热变形定量分析方法，其特征在于，所述步骤(1)是：

(A)建立有限元模型：采用PROE软件建立数控机床刀具温度场计算三维模型；

(B)边界条件分析：建立刀具热传导的控制微分方程，分析刀具传热过程，计算得出刀具传热边界条件，主要包括热流密度和刀具6个面的对流换热系数；

刀具热传导的控制微分方程：

因为刀具内部无热源故Q/ρC＝0；

故数值传热模型变为：

预设边界条件：

(a)预设热传导系数；

在刀具面Ω1上；

在刀具面Ω2上；

在刀具面Ω3上；

在刀具面Ω4上；

在刀具面Ω5上；

在刀具面Ω6上；

Ω1...Ω6为刀具不同的面；

热传导系数λ，比热容c和密度p均为常数；n为法向量。

(b)热流密度计算；

切削功率计算经验公式

(P_m为切削功率，F_z为主切削力，F_x为进给力n_w为工件转速，f为进给量，v为切削速度)

切削过程中消耗的能量98％-99％转化为切削热，车削过程中10％-40％的热量由车刀传出，得出车刀上的热量，根据刀具尺寸，假设刀具切削过程中切屑与刀具前刀面主要接触面积为A，即热分析时热流密度载荷主要作用面面积，从而得到热流密度μ；在该面上边界条件为

(C)模拟刀具理论温度场：

(a)将proe建立的刀具三维模型转换为igs文件导入ansys软件中，

(b)对该模型加载各项属性参数，包括刀具材料属性，热导率等。

(c)对模型进行网格划分

(d)加载边界条件——6个面的对流换热系数和1个面的带入ansys有限元模型

(e)计算后进行后处理得到刀具理论温度场和刀具面上实际温度测量7点的温度变化规律。

3.如权利要求1所述数控机床刀具温度场和热变形定量分析方法，其特征在于，所述温度传感器是红外温度传感器或铂铑丝温度传感器。