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年第期·设计与研究·
文章编号:—一—
加工中心主轴部件及其主轴箱的热特性有限元分析
张耀满,高冠滨,王旭东,蔡光起,李宪凯
.东北大学机械工程与自动化学院,沈阳;.沈阳数控机床有限责任公司,沈阳
摘要:现代机械工业对机床精度提出了越来越高的要求。机床主轴部件和主轴箱的热特性是影响机床精度的主要因素之
一
。文章建立了加工中心主轴部件及其主轴箱的温度场模型并进行了数字模拟仿真。首先预测了机床主轴部件的热平衡
时间能,并以温度曲线的形式表示出来,然后计算出主轴部件和主轴箱的热变形。依据这些我们能够得到主轴的轴向和径
向误差,为主轴部件的设计计算奠定了基础。
关键词:卧式加工中心;主轴系统;主轴箱;温度场;有限元分析
中图分类号: ;. 文献标识码:

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并改进设计,、高质量设计的主
引言
要手段之一。显然温度场的精确计算是其中的关键步骤。
进入世纪年代以来,以高切削速度、高进给速度和高本文以—车削中心为研究对象,利用有限元法分
加工精度为主要特征的高速切削技术已经成为现代数控加工技析软件建模,并对主轴部件及其主轴箱分别进行瞬态、稳态热分
术的重要发展方向之一。高速切削加工的巨大吸引力在于实现析,并以主轴部件稳态热分析的温度场为依据,计算出主轴的热
高速切削的同时,保证了高速切削的高精度。目前,高速切削技变形,为主轴部件的热设计奠定基础。
术的研究已经成为国内外先进制造技术领域重要的研究目标之可以预测机床主轴箱的温升和热变形情况,并进行必要的改进。
主轴系统温度场有限元建模与计算
现代机械工业的发展对机床的加工精度提出了越来越高的
要求。机床的精度是影响工件加工精度最重要的因素之一,随. 有限元模型的建立
着机床转速的提高,切削进给速度的加大,机床发热急剧上升, 对于有限元计算,有限元模型的建立是非常重要、非常繁重
热变形所引起的加工误差可占总体误差的% ~%。在精密的工作。我们选择通过常用三维实体建模软件进行零件几何建
加工中,热变形引起的加工误差比例可高达% ~%。关于模,然后通过标准协议文件导入到有限元软件进行分析计算。
机床热误差的建模,一些学者已经进行了一些探索性的工作。首先进行零件几何建摸,要求在尽量保持部件的原始结构的基
如张奕群雄等人提出了一种基于主轴转速的机床热误差状态方础上,对部件进行适当简化;零件表面上有些细小特征对零件的
程模型。韩国的..等运用有限元方法建立了机床滚珠动态特性影响很小,所以在建立有限元模型时忽略一些细小特
丝杠系统的温度场。。选择合适的元素,建立能够模拟真实情况的有限元模型。
接控制器神经网络建立了机床热误差模型等。所建立的主轴系统的有限元模型如图所示。
对于高速高精度机床来说,主轴系统的热变形误差是引起. 主轴系统受热分析
机床热变形误差的重要因素。因此主轴系统的热特性分析与设在进行主轴系统及主轴箱热分析过程中,我们主要参照机