Modelowanie odkształceń cieplnych obrabiarki precyzyjnej metodą MES

Zapłata, J.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Modelowanie odkształceń cieplnych obrabiarki precyzyjnej metodą MES

Autorzy

Zapłata J.

Identyfikatory

Warianty tytułu

Computing of thermal deformation of precise machine tool utilising FEM

Języki publikacji

Abstrakty

W artykule przedstawiono wyniki zamodelowanych, za pomocą metody elementów skończonych, odkształceń cieplnych frezarki CNC wynikające z pracy jej napędu głównego. Omówiono model cieplny obrabiarki, jej model mechaniczny oraz procedury umożliwiające obliczenie warunków granicznych dla wspomnianych modeli. Celem publikacji jest ukazanie wpływu, jaki wywierają poszczególne warunki brzegowe przyjmowane w toku modelowania na wyniki końcowe analiz odkształceń cieplnych. Proces szacowania poszczególnych warunków brzegowych jest czasochłonny, szczególnie w przypadku braku gotowych aplikacji umożliwiających ich obliczenie. Ponadto wymaga on często specjalistycznej wiedzy. Dlatego możliwość pominięcia niektórych zjawisk lub dopuszczenia większego marginesu błędu ich oszacowania, bez znaczącego pływu na wyniki końcowe analizy, jest korzystna dla konstruktorów oceniających wartości odkształceń cieplnych obrabiarek precyzyjnych za pomocą metody MES.

The paper presents results of FEM analysis of CNC milling machine thermal error arising during its spindle work. The thermal and mechanical model were presented. Procedures allowing to estimate the border conditions were described. The paper aims to assess the influence of relevant border conditions on FEM analysis results. The process of evaluating the border conditions requires specific knowledge and is time-consuming, especially if no dedicated software is accessible. Therefore possibility to neglect insignificant phenomena or to widen allowed estimation error margin, without noticeably influencing analysis result, is valuable for designers evaluating thermal errors by means of FEM analysis.

Słowa kluczowe

MES obrabiarka CNC odkształcenia cieplne

FEM CNC machine tool thermal deformation

Wydawca

Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice

Czasopismo

Modelowanie Inżynierskie

Rocznik

2017

Tom

T. 32, nr 63

Strony

114--122

Opis fizyczny

Bibliogr. 39 poz.

Twórcy

autor

Zapłata J.

jacek.zaplata@zut.edu.pl

Katedra Mechaniki i PKM, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Bibliografia

1. Almeida A., Greenberg S.: Technology assessment: energy-efficient belt transmissions. “Energy and Buildings” 1995, 22, p. 245-253.
2. Becker K.M., Kaye J.: Measurements of diabatic flow in an annulus with an inner rotating cylinder. „Journal of Heat Transfer” 1962, 84, p. 97-105.
3. Bejan A.: Theory of rolling contact heat transfer. „Journal of Heat Transfer” 1989, 111, p. 257-263.
4. Bergman T., Lavine A., F. Incropera, David P. DeWitt : Fundamentals of heat and mass transfer. New York: John Wiley and Sons, 2006.
5. Biedrzycki J.: Konstrukcja przyrządów i urządzeń precyzyjnych. Warszawa: WNT, 1996.
6. Breig W.F., Oliver L.R.: Energy loss and efficiency of power transmission belts, Proc. 3rd World Energy Engineering Congress, The Ass. of Energy Engineers, Atlanta, Georgia, 1980, p. 173–183.
7. Burton R. A., Staph H. E.: Thermally actived seizure of angluar contact bearings, „ASLE Transactions” 1967, 10, p.408-417.
8. Catton I.: Natural convection in enclosures. Proceedings, 6th Int. Heat Transfer Conference, Toronto, Vol. 6, p. 13-31, Hemisphere, Washington, D.C. 1978.
9. Chen J-S, Hsu W-Y: Characterizations and models for the thermal growth of a motorized high speed spindle. „International Journal of Machine Tools & Manufacture” 2003, 43, p. 1163–1170.
10. Fénot M., et al.: A review of heat transfer between concentric rotating cylinders with or without axial flow. „International Journal of Thermal Sciences” 2011, 50, p. 1138-1155.
11. Harris T., Kotzalas M.: Essential concepts of bearing technology. Boca Raton: CRC Press Taylor, 2007.
12. Holkup T., et al.: Thermo-mechanical model of spindles. „CIRP Annals - Manufacturing Technology” 2010, 59,p. 365–368.
13. Holman J. P.: Experimental methods for engineers. 8th ed. New York: McGraw-Hill Book Company, 2012.
14. Holman J. P.: Heat transfer. Sixth edition. McGraw-Hill Book Company: Singapore, 1986.
15. Imberger J.: Natural convection in a shallow cavity with differentially heated and walls. Part 3: Experimental results. “J. Fluild Mech.” 1974, 65, p. 247-260.
16. Incropera F. P. et. al.: Fundamentals of heat and mass transfer. Sixth ed. New York: John Wiley and Sons, 2006.
17. ISO 230-3:2007 Test code for machine tools. Part 3: Determination of thermal effects. Switzerland: ISO copyright office, 2007.
18. Ito Y.: Thermal deformation in machine tools. New York: McGrawHill, 2010.
19. Jedrzejewski J., Kowal Z., Kwasny W., Winiarski Z.: In-house system for holistic modelling of machine tool operating properties. In: 2nd International Conference on Systems and Informatics I CSAI 2014, Shanghai, China, p. 409−414.
20. Katalog producenta INA FAG: Rolling bearings (HR1). Schaeffler Technologies AG & Co., Schweinfurt, 2012.
21. Katalog producenta Heidenhain: Motors for axis and spindle drives Information for the machine tool builder, Traunreut 2016.
22. Kauschinger B., Schroeder S.: Uncertainties in heat loss models of rolling bearings of machine tools. „Procedia CIRP” 2016, 46, p. 107-110.
23. Kays W. M., Bjorklund I. S.: Heat transfer from a rotating cylinder with and without crossflow. „Transaction of ASME” 1985, p. 70-78.
24. Kreith F.: Convection heat transfer in rotating systems. „Advances in Heat Transfer” 1969, Vol. 5, p. 129-251.
25. Kreith F, et. al.: Principles of heat transfer. 7th ed. Stamford: Cengage Learning, 2011.
26. Lehrich K., Kosmol J.: Modelowanie odkształceń cieplnych osi posuwów szybkich metodą elementów skończonych. „Modelowanie Inżynierskie” 2006, 32, s. 339-344.
27. Ma C. et al.: Experimental and simulation study on the thermal characteristics of the high-speed spindle system. In: Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: “Journal of Mechanical Engineering Science”2017, 231.6, p. 1072-1093.
28. Min X. et al. : An improved thermal model for machine tool bearings. „International Journal of Machine Tools & Manufacture” 2007, 47 , p. 53-63.
29. Nansteel M. Greif R.: Natural convection in undivided and partially divided rectangular enclosures. „J. Heat Transfer” 1981, 103, p. 623-629.
30. Pajor M., Zapłata J.: Intelligent machine tool – thermal diagnostic system of CNC pretensioned ball screw. „Solid State Phenomena” 2014, Vol. 220-221, p. 491-496.
31. Pajor M., Zapłata J.: Zastosowanie metod sztucznej inteligencji do kompensacji odkształceń cieplnych śrub pociągowych obrabiarek CNC. „Modelowanie Inżynierskie” 2014, 51, s. 70-76.
32. Palmgren A.: Ball and roller bearing eng. Philadelphia: Burbank, 1959.
33. Patel H. K., et al.: Performance comparison of permanent magnet synchronous motor and induction motor for cooling tower application. „International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering” 2012, Vol. 2, Iss. 8, p. 167-171.
34. Puranen J.: Induction motor versus permanent magnet synchronous motor in motion control applications: a comparative study. Ph.D. dissertation, Lappeenranta Univ. Technol., Lappeenranta, Finland, Dec. 2006.
35. Raznjevic K.: Tablice cieplne z wykresami: dane liczbowe w układzie technicznym i międzynarodowym. Warszawa: WNT, 1964.
36. Shepard M., et al.: Energy-efficient motor systems: a handbook on technology, program, and policy opportunities, s.e. Washington, D.C: American Council for An Energy-Efficient Economy, 2002.
37. Strona producenta www.avia.com.pl/seria-vmc/vmc-650/ 1.07.2017
38. Wiśniewski S., Wiśniewski T.: Wymiana ciepła. Warszawa: WNT, 2000.
39. Zapłata J., Pajor M., Stateczny K.: Bezprzewodowy system kompensacji odkształceń cieplnych śrub pociągowych. „Przegląd Mechaniczny” 2015, 12, s. 38-41.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-c0acebe1-0cbc-493d-917d-9dcb395c66c8