镗铣加工中心主轴部件热特性分析
镗铣加工中心主轴部件热特性分析 中文摘要 工业发展水平的不断提高，为机床行业的发展带来了新的机遇，也带来了新的挑 战。高精密精工机床己经占据了我国制造业以及其他相关行业的基础地位。机床的加 工精度主要通过减小加工误差来实现。在减小加工误差的研宄过程中发现，机床热变 形误差在机床总加工误差中占据了相当大的比重。所以，探宄如何降低机床的热变形 误差就显得十分重要。主轴及其部件是卧式镗铣加工中心的核心组成部分，而它在热 源作用下的热特性，直接影响到机床的加工精度。所以，对机床主轴部件进行热特性 分析，对减小加工误差，提高机床加工精度具有重要的理论以及工程应用价值。 本文以TH6213卧式镗铣加工中心的主轴箱及其关键功能部件为研宄对象，借助 有限元分析方法，通过热源分析、发热量计算以及数值模拟，得到主轴、ZF减速箱、 主轴箱的稳态、瞬态温度场分布以及相应热变形量大小，结合实际温度测量跑车试验 为主轴部件结构的优化设计以及热误差的补偿提供依据。 本文主要工作如下： 0. 建立了镗铣加工中心主轴及其关键功能部件的热特性分析有限元模型；通过 模型简化等手段对其进行了优化，并且应用整体划分、局部细化的方法对模型进行了 有限元网格划分。 1. 分析了主轴及其部件的发热规律，确定了主要热源一主轴轴承；计算发热量 作为主轴热特性分析的外加载荷，计算模型各对流表面的对流换热系数作为有限元分 析的边界条件。 2. 对主轴、ZF减速箱以及主轴箱整体进行温度场有限元仿真分析，得到温度场 分布以及稳态、瞬态温度场变化规律：从稳态分析结果可以得出系统达到热平衡时的 温度场分布；从主轴瞬态温度变化曲线中可以得出，主轴系统温度曲线平滑，初始温 度变化率较大，逐渐趋于平稳，约在9600s左右达到热平衡；各主轴轴承位置温度最 高达45.456°C，出现在负载最高的三号轴承位置;而对称温度场分布则验证了 TH6213