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鏜銑加工中心主軸部件熱特性分析
中文摘要

工業(yè)發(fā)展水平的不斷提高，為機(jī)床行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇，也帶來(lái)了新的挑 戰(zhàn)。高精密數(shù)控機(jī)床己經(jīng)占據(jù)了我國(guó)制造業(yè)以及其他相關(guān)行業(yè)的基礎(chǔ)地位。機(jī)床的加 工精度主要通過(guò)減小加工誤差來(lái)實(shí)現(xiàn)。在減小加工誤差的研宄過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，機(jī)床熱變 形誤差在機(jī)床總加工誤差中占據(jù)了相當(dāng)大的比重。所以，探宄如何降低機(jī)床的熱變形 誤差就顯得十分重要。主軸及其部件是臥式鏜銑加工中心的核心組成部分，而它在熱 源作用下的熱特性，直接影響到機(jī)床的加工精度。所以，對(duì)機(jī)床主軸部件進(jìn)行熱特性 分析，對(duì)減小加工誤差，提高機(jī)床加工精度具有重要的理論以及工程應(yīng)用價(jià)值。

本文以TH6213臥式鏜銑加工中心的主軸箱及其關(guān)鍵功能部件為研宄對(duì)象，借助 有限元分析方法，通過(guò)熱源分析、發(fā)熱量計(jì)算以及數(shù)值模擬，得到主軸、ZF減速箱、 主軸箱的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布以及相應(yīng)熱變形量大小，結(jié)合實(shí)際溫度測(cè)量跑車(chē)試驗(yàn) 為主軸部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及熱誤差的補(bǔ)償提供依據(jù)。

本文主要工作如下：

0. 建立了鏜銑加工中心主軸及其關(guān)鍵功能部件的熱特性分析有限元模型；通過(guò) 模型簡(jiǎn)化等手段對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，并且應(yīng)用整體劃分、局部細(xì)化的方法對(duì)模型進(jìn)行了 有限元網(wǎng)格劃分。

1. 分析了主軸及其部件的發(fā)熱規(guī)律，確定了主要熱源一主軸軸承；計(jì)算發(fā)熱量 作為主軸熱特性分析的外加載荷，計(jì)算模型各對(duì)流表面的對(duì)流換熱系數(shù)作為有限元分 析的邊界條件。

2. 對(duì)主軸、ZF減速箱以及主軸箱整體進(jìn)行溫度場(chǎng)有限元仿真分析，得到溫度場(chǎng) 分布以及穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)溫度場(chǎng)變化規(guī)律：從穩(wěn)態(tài)分析結(jié)果可以得出系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)的 溫度場(chǎng)分布；從主軸瞬態(tài)溫度變化曲線中可以得出，主軸系統(tǒng)溫度曲線平滑，初始溫 度變化率較大，逐漸趨于平穩(wěn)，約在9600s左右達(dá)到熱平衡；各主軸軸承位置溫度 高達(dá)45.456°C，出現(xiàn)在負(fù)載高的三號(hào)軸承位置;而對(duì)稱(chēng)溫度場(chǎng)分布則驗(yàn)證了 TH6213