鏜銑加工中心主軸部件熱特性分析.pdf

1、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)床已經(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究過(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，探究如何降低機(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

2、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)鍵功能部件為研究對(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：
　　1．建立了鏜銑加工中心主軸及其關(guān)鍵功能部件

3、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。
　　2．分析了主軸及其部件的發(fā)熱規(guī)律，確定了主要熱源—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。
　　3．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

4、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最高達(dá)45.456℃，出現(xiàn)在負(fù)載最高的三號(hào)軸承位置；而對(duì)稱(chēng)溫度場(chǎng)分布則驗(yàn)證了TH6213鏜銑加工中心主軸箱的熱對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。
　　4．結(jié)合溫度場(chǎng)分析結(jié)果，對(duì)主軸、ZF減速箱以及主軸箱整體進(jìn)行了熱—結(jié)構(gòu)耦合分析，得到其熱變形。通過(guò)主軸各部位形變量可以看出，主軸最大變形產(chǎn)生在鏜桿末端與

5、轉(zhuǎn)接部件連接部分，而主軸在這個(gè)方向上自由變形可以有效降低變形對(duì)加工精度的影響；而主軸端面最大變形量11.9μm小于機(jī)床平面加工精度要求50μm，保證了主軸端面加工精度；從ZF減速箱變形可以得出，齒輪嚙合位置變形35μm小于額定間隙60μm，驗(yàn)證了ZF減速箱工作的可靠性。
　　5．通過(guò)主軸箱溫度測(cè)量試驗(yàn)，與有限元仿真分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證有限元建模以及仿真分析的正確性；探究誤差產(chǎn)生原因，修正有限元模型、邊界條件，建立適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速的能